Розробка інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ВНУТРІШНІХ СПРАВ

ХАРКІВСЬКИЙ ІНСТИТУТ ПОЖЕЖНОЇ БЕЗПЕКИ

УДК 681.5.015

Розробка інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій

Спеціальність 05.13.06- Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Алексієв Володимир Олегович

Харків 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті, Міністерство освіти України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, доцент Богатиренко Костянтин Іванович, Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, завідувач кафедри автоматики.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Бодянський Євген Володимирович, Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, професор кафедри технічної кібернетики;

кандидат технічних наук, доцент Левтеров Андрій Іванович, Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, доцент кафедри інформатики.

Провідна установа:

Національний технічний університет “КПІ”, кафедра технічної кібернетики, Міністерство освіти України, м. Київ.

Захист відбудеться “ 26 ” лютого 1999 р. о 14-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.707.01 при Харківському інституті пожежної безпеки МВС України за адресою: 310023, м. Харків, вул. Чернишевського 94.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського інституту пожежної безпеки МВС України.

Автореферат розісланий “ 23 ” січня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.І. Кривцова

АНОТАЦІЯ

Алексієв В.О. Розробка інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій.- Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13. 06. - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології, Харківський інститут пожежної безпеки МВС України, Харків, 1999.

Дисертація спрямована на розробку нової інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій. Основою цієї технології є використання мобільних інформаційно-обчислювальних комплексів. Дослідження проведене на основі теорії операторів, теорії імовірності та теорії цифрової обробки сигналів. Дисертація має теоретичне та практичне значення для створення нових програмно-апаратних засобів оцінки стану транспортних комунікацій. Вона виконана на основі узагальненого математичного опису та моделювання процесу моніторингу, мережевої концепції розробки інформаційно-обчислювальних комплексів.

Ключові слова: Інформаційна технологія, програмно-апаратний комплекс, оцінка стану, транспортна комунікація.

АННОТАЦИЯ

Алексеев В.О. Разработка информационной технологии мониторинга транспортных коммуникаций. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06.- автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии, Харьковский институт пожарной безопасности МВД Украины, Харьков, 1999.

Диссертация направлена на разработку новой информационной технологии мониторинга транспортных коммуникаций на основе использования мобильных информационно-вычислительных комплексов. Она посвящена проблеме значительного повышения производительности регистрации данных о состоянии транспортных коммуникаций, которая решается путем автоматизации измерения, обработки и формирования базы данных для подготовки управляющих решений в системах исследуемого типа.

Проводимые исследования основаны на применении новой сетевой технологии, сетевой концепции разработки сложных объектов и систем, системном анализе, теории операторов, теории цифровой обработки сигналов. На основании анализа состояния исследований в этой области обоснована необходимость разработки обобщенных методов и универсальных средств регистрации, обработки данных, ведения единой базы данных о состоянии транспортных коммуникаций.

Показано, что решение задачи повышения производительности измерений, регистрации и обработки данных должно основываться на применении передвижных программно-аппаратных комплексов сбора данных о транспортно-эксплуатационных качествах исследуемых объектов и систем.

Мониторинг транспортных коммуникаций рассмотрен как процесс слежения за состоянием управляемых объектов и систем. Выполнено обобщенное математическое описание процесса мониторинга. Для этого применяется специальный аппарат функциональных производных. Результаты математического описания, математические модели являются основой для программирования задач обработки данных о состоянии исследуемых объектов и систем. Разработан алгоритм принятия управляющих решений и показано, что применение информационной технологии в системах исследуемого типа обеспечивает эффективное распределение ресурсов на восстановление их транспортно-эксплуатационных качеств.

Выполнен динамический анализ процесса мониторинга такой транспортной коммуникации, как автомобильная дорога. На его основании определено, что характер регистрируемых процессов предполагает их обработку в реальном времени. Измерение, регистрация, обработка и представление данных выполняются параллельно. Параметры регистрации данных зависят от скорости движения транспортного средства.

Для задач управления мониторингом рекомендуется использовать виртуальный режим, в котором каждой задаче выделяется определенный промежуток активного времени. Для повышения эффективности работы создаваемых программных модулей использовано модульное конструирование программ. Приведены рекомендации по применению программных и аппаратных прерываний, проектированию программных модулей с использованием многоуровневой системы привилегий. Разработаны новые структурные схемы эффективной организации программных модулей по принципам централизации и децентрализации управления.

Проведен анализ точности измерения и регистрации данных при мониторинге автомобильной дороги, что проверено экспериментально. Оценена надежность системы мониторинга по результатам аналитического расчета и определены сроки, в течение которых необходимо проводить техническое обслуживание мобильных комплексов. Рассчитана эффективность внедрения информационных технологий мониторинга транспортных коммуникаций.

В результате разработан обобщенный подход к математическому описанию и моделированию процеса мониторинга транспортных коммуникацй. Предложены рекомендации по созданию программного обеспечения задач управления мобильными программно-аппаратными комплексами. Создана информационная технология мониторинга транспортных коммуникаций, которая обеспечивает сбор и подготовку данных для принятия управляющих решений непосредственно в процессе движения транспортных средств.

Ключевые слова: Информационная технология, программно-аппаратный комплекс, оценка состояния, транспортная коммуникация.

SUMMARY

Alekseyev V.О. The elaboration of information technology of monitoring of transport communications. -Manuscript.

A dissertation for the degree of Candidate of technical sciences on speciality 05.13.06.- automated management systems and progressive information technology, Kharkiv institute of Fire Safety of MIA Ukraine, Kharkiv, 1999.

The dissertation deals with elaboration of new information technology of monitoring of transport communications. The basic means of research is the mobile computer complex. The theories of operators, probability and digital processing of signals are used in this work. This dissertation is of theoretical and practical value. The presented results are the researches of hardware-software means for estimation of conditions of transport communications on the basis of the generalized mathematical description and simulation of monitoring process, network concept of elaboration of mobile computer complexes.

Keywords: information technology, hardware-software complex, evaluation of condition, transport communications.

комунікація мережевий проектування транспортний

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Автоматизація і удосконалення управління грунтуються на використанні інформаційних технологій в усіх сферах діяльності людини. Особливе значення інформаційні технології мають для вдосконалення промислових і транспортних систем. До них відносяться транспортні комунікації. Це - автомобільні дороги, залізниці, трубопроводи та інші об'єкти. В роботі процес догляду за їх станом розглядається як моніторинг.

В сучасних умовах є необхідним теоретичне обгрунтування створення інформаційних технологій, які спрямовані на підготовку керуючих рішень в різноманітних транспортних системах. Нині у кожному випадку розробляється нова структура і нові програмно-апаратні засоби. Тому є доцільним використання узагальненого підходу до їхньої розробки. Створивши універсальну інформаційну технологію моніторингу таких об'єктів, можна забезпечити одержання необхідного обсягу даних для підготовки керуючих рішень.

Особливе значення розв'язання проблеми створення нової інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій для України набуває у зв'язку з необхідністю її інтеграції в світову та європейську транспортні системи. Її наукове та теоретичне обгрунтування дозволить створювати мобільні українські засоби та використовувати вже створені зарубіжні технічні комплекси. За допомогою цих засобів та комплексів можна підготувати інформацію для глобальних систем визначення розташування транспортних засобів, інформувати учасників руху про їх координати, стан транспортних засобів та про стан відповідної транспортної комунікації.

Для того, щоб теорія не відставала від практики та відбувалася плідна взаємодія теоретичного і практичного спрямування створення нових перспективних інформаційних технологій, доцільно перейти від поодиноких питань до загальних. Для цього слід віднести об'єкти та системи, що досліджуються, до узагальненого класу об'єктів протяжного типу. Їх основною характеристикою є чимале перевищення геометричного розміру однієї з координат порівняно з іншими.

Оцінюючи стан досліджень в цій галузі науки, слід відзначити роботи Абрамова Ю.А., Гаврилова Е.В., Богатиренка К.І., Бодянського Є.В., Лігума Ю.С., Тирси В.Є. та інші.

Для розвитку транспортних систем України велике значення має створення інформаційної технології оцінки стану автомобільних доріг. Тому в роботі всі рішення розглянуті на прикладі пересувної мобільної системи, призначеної для обстеження автомобільних доріг.

ЗВ'ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ. Тематика дисертаційної роботи відповідає завданням Національної програми інформатизації України і спрямована на створення інформаційно-аналітичного забезпечення транспортного комплексу. Програмно-апаратні засоби моніторингу транспортних комунікацій створюються згідно Національної програми розвитку автомобілебудування України (Розділ 7. Електронне устаткування автотранспортних засобів). Її результати отримані під час виконання завдань тематики Міністерства освіти України з розробки теоретичних основ створення автомобільних мікропроцесорних систем для оцінки стану автомобільних доріг. Вона виконувалася згідно планів Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету, Північно-східного центру Транспортної академії України, спрямованих на створення інформаційної технології обстеження автомобільних доріг (договір на проведення роботи за державним замовленням № 15-53-96 та господарчий договір № 39-10-96).

МЕТА І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ. Метою дослідження є підвищення продуктивності збору даних про стан транспортних комунікацій. Робота спрямована на створення нової інформаційної технології, що грунтується на застосуванні універсальних програмно-апаратних засобів.

Відповідно до поставленої мети вирішені такі задачі дослідження:

- порівняльний аналіз існуючих засобів інформаційних технологій моніторингу транспортних комунікацій, оцінка їх переваг і недоліків;

- визначення мережевої концепції та технології проектування універсальних програмно-апаратних комплексів для моніторингу транспортних комунікацій на основі використання локальної та глобальної обчислювальних мереж;

- узагальнений математичний опис та моделювання процесу моніторингу транспортних комунікацій засобами теорії операторів і системного аналізу;

- динамічний аналіз процесів передачі та обробки даних за допомогою інформаційної технології, що використовує мобільні програмно-апаратні комплекси на прикладі автомобільної інформаційно-вимірювальної мікропроцесорної системи;

- структурний аналіз програмного забезпечення процесу моніторингу, вибір засобів програмування задач керування процесом реєстрації даних, розробка рекомендацій до створення програмного комплексу, використання засобів структурного та модульного програмування задач управління складними об'єктами та системами;

- оцінка точності, надійності і ефективності нової інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій.

Для розв'язання поставлених завдань використовуються узагальнені методи системного аналізу, теорія операторів, теорія цифрової обробки сигналів, теорія імовірності і теорія надійності, структурне та модульне програмування.

НАУКОВА НОВИЗНА ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ полягає в тому, що:

- обгрунтовано та виконано узагальнений опис, моделювання та динамічний аналіз процесу моніторингу транспортних комунікацій з використанням математичного апарату теорії операторів;

-запропонована нова мережева концепція та технологія проектування мобільних програмно-апаратних комплексів інформаційної технології, що досліджується;

-складено рекомендації щодо створення програмного забезпечення моніторингу транспортних комунікацій;

-створено засобами структурного та модульного програмування оригінальні алгоритми і програми інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій, які практично перевірені на мобільному інформаційно-обчислювальному комплексі, призначеному для оцінки стану автомобільних доріг.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ. Запропоновані рішення використані при розробці мобільних інформаційно-обчислювальних комплексів ІОК-ХАДІ-5 та ІОК-ХАДІ-6. За допомогою цих комплексів обстежено більш ніж 300 км автомобільних доріг. Досвід їх створення і експлуатації може використовуватися під час промислового виготовлення мобільних інформаційно-обчислювальних комплексів універсального призначення.

Результати досліджень по створенню інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій використані у навчальному процесі Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету (ХДАДТУ). На їх основі створена навчальна база знань з автомобільних мікропроцесорних систем, розроблена мультимедійна лекція з комп'ютерної технології управління автотранспортними засобами. Ці результати використовуються у курсах “Автоматизовані системи для наукових досліджень“, “Технологічні вимірювання та прилади”. Їх втілено у науково-дослідну роботу студентів та магістрантів.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК здобувача в рішення проблеми полягає у розв'язанні завдань математичного опису, теоретичного обгрунтування та створення програмного забезпечення моніторингу транспортних комунікацій на прикладі інформаційно-обчислювального комплексу інформаційної технології оцінки стану автомобільних доріг. В роботі [1], що виконана з Абрамовим Ю. А., автор самостійно визначив проблеми моніторингу та теоретично обгрунтував алгоритми ідентифікації транспортних комунікацій. В роботі [4], що виконана спільно з Калмиковим А. В. і Калмиковим В. І., автор розробив алгоритми та програми вимірювального і обчислювального модуля, що підвищують точність вимірювання.

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ. Основні результати дисертаційної роботи були апробовані та отримали позитивну оцінку:

-міжнародної науково-технічної конференції Національної академії наук України і Харківського військового університету у 1996 році;

-міжнародної науково-технічної конференції з інформаційних технологій Харківського державного політехнічного університету у 1997 році;

-Харківської першої міської науково-практичної конференції з актуальних проблем сучасної науки в дослідженнях молодих вчених у 1997 році;

-першого українського семінару по використанню комп'ютерної мережі internet у навчальному процесі в ХДАДТУ у 1997 році;

-міжнародної конференції з ергономіки в ХДАДТУ у 1997 році;

-науково-технічної та науково-методичної конференції Харківського державного технічного університету будівництва і архітектури у 1998 році;

-науково-методичної конференції по підвищенню ефективності навчального процесу у технічному закладі на базі засобів multimedia в ХДАДТУ у 1998 році;

-науково-практичної конференції Транспортної академії України та Міністерства транспорту України з системотехніки на автомобільному транспорті в ХДАДТУ у 1998 році.

ПУБЛІКАЦІЇ. Основні наукові положення і результати роботи надруковані у 8 наукових статтях, 4 з яких - у виданнях, що рекомендовані ВАК України.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ РОБОТИ. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та додатка. Повний обсяг дисертації охоплює 159 сторінок, 51 малюнок, 15 таблиць та 120 найменувань списку використаних джерел.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У ВСТУПІ обгрунтовується актуальність теми, сформульована мета роботи, визначене завдання дослідження та алгоритм його реалізації, наведений перелік основних наукових результатів. Показана практична цінність результатів роботи та те, що вони запроваджені у розробці інформаційної технології моніторингу для підготовки керуючих рішень з ремонту, реконструкції та експлуатації автомобільних доріг.

У ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ розглянуто стан проблеми з розробки інформаційних технологій моніторингу транспортних комунікацій. Проведено аналіз джерел та існуючого стану досліджень в цій області досліджень. Показано, що найбільш характерним прикладом транспортної комунікації є автомобільна дорога. Засобом вдосконалення процесу моніторингу такої транспортної комунікації є інформаційна технологія, що грунтується на застосуванні пересувного програмно-апаратного комплексу (мобільного інформаційно-обчислювального комплексу - ІОК).

Слід відзначити, що універсальні апаратні засоби для створення таких комплексів практично існують. Проте спеціальних досліджень щодо створення їх програмного забезпечення немає. Тому основна увага приділяється завданням проектування програмного забезпечення процесу управління моніторингом транспортних комунікацій. Засобами системного аналізу, теорії операторів пропонується виконати математичний опис і моделювання процесу моніторингу. Визначена задача динамічного аналізу процесів реєстрації даних в умовах мобільного інформаційно-обчислювального комплексу. Результати моделювання і аналізу є вихідними даними для створення програмно-апаратного комплексу інформаційної технології моніторингу.

Поставлена мета підвищення продуктивності збору та обробки даних досягається в тому випадку, якщо вимірювання і реєстрація даних здійснюються безпосередньо в умовах руху транспортного засобу. Тому основною задачею обстеження є визначення параметрів, що характеризують цей рух.

В загальному одновимірному випадку задача зводиться до визначення змінної l, якій відповідає множина значень, що вимірюються,

l={a₁,a₂,… , a_i, …, a_n }, (1)

де l - зміна кута, що характеризує спрямованість руху транспортного засобу;

a_i - вимір кута у точці i;

l - відстань від початку траси.

Точність вимірювання a_i визначається фізичною та споживчою розрізненістю процесу вимірювання a_i. Кількісно розрізненість оцінюється фізичним та споживчим порогами у значенні, що визначено в інформаційній теорії управління.

Фізичний поріг розрізненості визначає інтервал між двома суміжними значеннями та а_i+1, в середині якого значення a_i або не визначене, або втрачає фізичне значення. Так, якщо моніторинг здійснюється за допомогою колісного транспортного засобу, то , де с_К- довжина кола колеса, протягом оберту якого здійснюється цикл вимірів. Споживчий поріг розрізненості визначається, виходячи з умов прийняття рішень. Так, для дороги він часто приймається рівним 1-му пікету (100 м).

Якщо процес моніторингу віднести до деякого метричного простору, то математично можна записати

(2)

де - "відстань" між двома суміжними вимірами a_i.

Згідно співвідношення (2) точність вимірів призначається, виходячи з принципів необхідності і достатності.

В загальному вигляді задачу моніторингу можна визначити як оцінку значень змінної x (l) щодо y (t). Це таке операторне співвідношення:

y (t) =Y [x (l), t], (3)

де Y- оператор моніторингу, що визначає перетворення прообразу оператора x (l) в образ оператора y (t), t - час.

Формально розробка інформаційної технології - це визначення оператора Y як процесу перетворення результатів реєстрації даних за допомогою рухомого транспортного засобу, що обладнаний ІОК. Згідно завдань узагальнення цього перетворення та уніфікації його засобів визначено алгоритм дослідження, що наведений на рис.1.

Рис. 1 Алгоритм дослідження

У ДРУГОМУ РОЗДІЛІ РОБОТИ розглядаються методи та засоби аналізу і синтезу інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій. Формулюється концепція мережевої технології розробки складних систем та мережевої організації структури мобільного ІОК.

Мережева технологія базується на застосуванні локальних обчислювальних мереж (ЛМ) та глобальної мережі Internet (ГМ). Припускається, що в організації (розробник) у безпосередніх виконавців є автоматизовані робочі місця (АРМ), які є достатньо потужними робочими станціями, працюють у ЛМ та мають вихід до Internet. При цьому абоненти мережі працюють як з зовнішнім сервером, так і мають особистий сервер згідно Intranet - технології. На рис. 2 наведена схема, що пояснює використання комп'ютерних засобів такої технології розробки складних систем.

Аналіз автомобільних електронних комплексів і перспектив їх розвитку, виконаний у рамках створення нової технології, дозволяє однозначно визначити мережеву концепцію розробки автомобільних мікропроцесорних систем на базі декількох мікроконтроллерів з виходом на ЕОМ за протоколом RS-232 (рис.3).

Таким чином, мережева концепція розробки мобільного ІОК припускає, що для організації проектування використовуються можливості ГМ, для управління - ЛМ, а структура ІОК є мережею, в якій обчислювальні модулі об'єднані згідно стандартних мережевих протоколів.

Поряд з цим розглянуто узагальнений математичний опис моніторингу. Він базується на використанні теорії операторів та математичному апараті функціональних похідних. Згідно співвідношення (3) та ствердження, що основною характеристикою процесу моніторингу є відстань від умовного початку траси l, що належить метричному простору L, можна визначити оператор перетворення Q результатів виміру y(t). Це перетворення виконується у часовому просторі T. На рис. 4 наведено графічну інтерпретацію процесів перетворення.



Рис. 4Графічна інтерпретація процесів перетворення даних

L_Q L та L_X L. Однак, L_Q та L_X, незважаючи на те, що вони належать одному метричному простору L, є множинами L_QL_X=0_, що не перехрещуються. Це пояснюється різною фізичною природою множини функцій x (l) та множини функцій Q (l). Для дослідження цих перетворень найбільш ефективним є використання математичного апарату функціональних похідних. Вони обчислюються за подвійною границею наступного виду для оператора y(t)=Y[x(l),t]:

(4)

де - функціональна похідна образу оператора y (t) з прообразу x (l);

x- приріст прообразу оператора y;

у- приріст образу оператора y.

В результаті розрахунку (4) визначається зміна образу оператора не тільки в залежності від зміни аргументу t, але і x прообразу x (l).

Можна виконати для реального прикладу руху транспортного засобу ІОК розрахунок подвійної границі , обчислюючи значення для оператора перетворення напрямку руху (кут ) та часу t у відстань l. У такому випадку образ оператора - довжина l ділянки транспортної комунікації. Прообраз і образ оператора визначені на одному метричному просторі: часовій вісі множини вимірів {t_i}T. Це дає можливість уявити функцію l (t) на інтервалі [ t₀, t_n ] як наступну систему співвідношень, що мають такий вигляд:

(5)

Уявимо l_i як аналітичну залежність, що отримана в результаті практичних вимірів відстані l=l_i+1-l_i проміжок часу t внаслідок зміни кута .

Для цього визначимо пороги розрізненості довжини, часу та кута _l , _t , . Тоді можна вирахувати дійсне значення довжини в точці t=t_i під час виконання вимірів з кроком, що визначаються _t i .

, (6)

де К_t та K-коефіцієнти, що враховують різні розмірності t і .

Формули (5), (6) є аналітичним записом залежності, що визначає взаємозв'язок між граничними характеристиками процесу моніторингу та оцінки довжини конкретного об'єкта (реєстрація параметрів геометричних елементів транспортних комунікацій).

На підставі розглянутих операторних співвідношень в розділі розглянута модель оцінки радіуса повороту довжиною 180 м, кутом повороту 83. На рис. 5 наведені вихідні дані реалізації моделі, що призначена для розрахунку величини коефіцієнту осереднення S та порогів розрізненості _l.

Рис. 5 Результати моделювання

На основі отриманих результатів моделювання можна зробити висновок, що для розглянутого прикладу S=25 величина споживчого порога розрізненості _l приблизно рівна 50 м.

Аналогічно працює модель моніторингу за таким параметром, як ухил. Однак, для нього величина _l рівна 100 м тому, що найбільш вірогідні результати виміру ухилу відповідають S=55. Треба додати, що ефект згладжування для ухилу підвищується при збільшенні S.

Для визначення алгоритму прийняття рішень на підставі розробленої інформаційної технології моніторингу у розділі розглянуто імітаційну модель вибору ділянок транспортних комунікацій, що потребують поновлення.

Нехай оцінювана транспортна комунікація подає собою сукупність об'єктів i. Тоді ефективність вибору можна розрахувати згідно формули:

, (7)

де

r_i - потрібні для відновлення ресурси;

w_i - така функція ваги, що

(8)

Результати моделювання згідно (7), (8) показують, що використання оцінки стану об'єктів ефективне. Це не залежить від характеру даних, їх імовірного закону розподілу.

У ТРЕТЬОМУ РОЗДІЛІ виконано динамічний аналіз процесу моніторингу транспортних комунікацій та програмного комплексу. Інструментом аналізу обрано часові діаграми та звичайні арифметико-логічні співвідношення.

Вхід системи - три колісних вимірювальних прилади. Кожний з них є джерелом імпульсів. Інтервали між суміжними імпульсами t_1ц, t_2ц, t_3ц відповідно визначаються часом оберту кожного колеса.

Таким чином,

t_1ц =с₁/V₁; t_2ц =с₂/V₂; t_3ц =с₃/V₃, (9)

де с₁, с₂, с₃ - довжини кіл коліс;

V₁, V₂, V₃ - швидкості обертання коліс, тоді як для першого колеса , f - частота заповнення часового інтервалу, що визначається обертанням колеса, N₁ - кількість імпульсів заповнення.

У цьому випадку процес моніторингу складається з послідовності циклів Т_ц, що повторюються. Тоді можна визначити умову вимірювання V₁, V₂, V₃ таким чином:

Tц > max(t_1ц,, t_2ц, t_3ц ). (10)

Реєстрація даних здійснюється за сигналами переривання процесора вимірювальним приладом обертання одного з коліс, що визначимо ведучим. Реєструються послідовності імпульсів, що є результатом роботи цифрових приладів, та аналогові сигнали, що є результатом роботи гіроскопічних приладів. Загальний час реєстрації визначитися таким чином:

T_R =t_н + t_р+ t_п+ t_у1+t_у2 , (11)

де t_н - час реєстрації сигналів вимірювальних приладів руху;

t_р - час реєстрації сигналів з поздовжнього ухилу;

t_п - час реєстрації сигналів з поперечного ухилу;

t_у1 i t_y2 - час реєстрації сигналів прискорення коливань кузова транспортного засобу.

Управління процесом моніторингу здійснюється за допомогою спеціальної програми. Крім цього здійснюється вивід даних на екран комп'ютера та формування бази даних. Ці процедури та необхідна обробка подій комунікаційних портів ЕОМ виконується програмою, що визначимо комунікаційною.

Результат роботи комунікаційної програми - заповнення буферу даних і видача повідомлення головній програмі керування про необхідність записати отримані дані на жорсткий диск. Час роботи комунікаційної підпрограми - T_Ком. Тоді

T_Ц > max(T_Ком, T_R). (12)

Очевидно, що нерівність (12) є основною умовою нормальної роботи вимірювального комплексу. Співвідношення (10), (12) - це обмеження, що необхідні для організації роботи програмного комплексу. Програмування задач інформаційної технології базується на таких твердженнях:

-характер реєстрації процесів моніторингу припускає їх обробку в реальному часі;

-вимірювання, реєстрація, обробка і подача даних виконуються паралельно;

-часові параметри реєстрації даних залежать від швидкості руху транспортного засобу;

-час опитування вимірювальних приладів повинен бути меншим на час передачі даних від вимірювальної системи в ЕОМ та їх запису в базу даних.

У третьому розділі також розглядається опис програмного забезпечення у цілому. Проведений теоретичний аналіз та запропоновані рекомендації щодо програмування задач моніторингу. Головні рекомендації наведені нижче:

-призначення системи привілеїв функціональним процесам моніторингу;

-застосування системи переривань для організації віртуального режиму паралельної обробки даних;

-структурування програмних модулів для ефективного сполучення принципів “централізації” та ”децентралізації” керування;

-використання багаторівневої системи код-ASSEMBLER-C++-додатки.

У ЧЕТВЕРТОМУ РОЗДІЛІ виконано опис інформаційної технології моніторингу автомобільної дороги за допомогою мобільного ІОК. Наведені особливості роботи оператора в інтерактивному режимі реєстрації даних.

Проведено аналіз точності вимірювань та вірогідності реєстрації даних про стан автомобільних доріг за допомогою мобільного ІОК. Головна увага приділена оцінці точності вимірювання частоти обертання коліс. Від значення цього параметру залежить визначення положення у просторі точки траси, у якій виконується оцінка параметрів дороги. Усі аналітичні розрахунки перевірені експериментально.

Виконана аналітична оцінка надійності розробленої інформаційної технології моніторингу. На цій підставі визначений термін технічного обслуговування системи, її апаратної частини та комплексу у цілому.

Визначена структура витрат на створення технічного забезпечення інформаційної системи моніторингу транспортної комунікації та розраховані показники її ефективності на прикладі системи оцінки стану автомобільних доріг.

ВИСНОВКИ

1. Розроблена нова інформаційна технологія моніторингу транспортних комунікацій. Усі рішення перевірені на прикладі системи оцінки стану автомобільної дороги. Ця технологія грунтується на застосуванні для моніторингу мобільного ІОК, що встановлюється на звичайний автомобіль.

2. Запропонована нова організація робіт щодо створення систем забезпечення інформаційної технології моніторингу з використанням обчислювальних мереж, сформульована мережева концепція створення вимірювальних систем, що працюють в умовах руху базового транспортного засобу.

3. Розглянуто узагальнений підхід до опису процесів та засобів моніторингу транспортних комунікацій. Аналіз цих процесів, їх формалізація та моделювання виконані за допомогою математичного апарату теорії операторів, функціональних похідних. Показано, як перейти від узагальнених засобів до аналітичних залежностей і кількісних оцінок об'єктів та процесів, що досліджуються.

4. Встановлено, що обробка сигналів реєстрації даних повинна здійснюватися в реальному часі, а процеси вимірювання, реєстрації та формування бази даних виконуються паралельно. Процес моніторингу, точність та вірогідність даних, що одержуються, залежать від швидкості руху базового транспортного засобу мобільного ІОК.

5. Створене нове програмне забезпечення інформаційної технології моніторингу. Виконане теоретичне обгрунтування та подані рекомендації щодо використання програмних та апаратних переривань, проектування програм з використанням багаторівневої системи привілеїв. Розроблено структурні схеми ефективної організації програм за принципами централізації та децентралізації керування.

6. Виконано аналіз та моделювання процесу прийняття рішень по відновленню початкових властивостей складних об'єктів та систем в умовах обмеження ресурсів, що виділяються. Розроблено алгоритм такого вибору і доведена його ефективність в умовах застосування інформаційної технології моніторингу транспортних комунікацій.

7. Розроблені рекомендації щодо використання інформаційної технології моніторингу, наведені матеріали організації роботи оператора системи в інтерактивному режимі реєстрації стану транспортної комунікації, що обстежується.

8. Оцінена точність, що вимагається до реєстрації даних в системі, виконаний аналіз роботи вимірювальних каналів розробленого мобільного ІОК та розрахована надійність роботи інформаційної технології. Ця оцінка дозволила визначити режим обслуговування програмно-апаратного комплексу.

Проведений техніко-економічний аналіз дозволив визначити, що створена інформаційна технологія моніторингу транспортних комунікацій забезпечує підвищення продуктивності, економію ресурсів і ефективність організації робіт щодо підготовки даних для прийняття керуючих рішень в транспортних системах.

9. Результати досліджень запроваджені у розробці мобільних інформаційно-обчислювальних комплексів ІОК-ХАДІ-5 та ІОК-ХАДІ-6.

Ці комплекси використовувалися для обстеження більш ніж 300 км автомобільних доріг Харківської та Кіровоградської областей. Аналіз результатів випробувань дозволяє визначити, що їх ефективність складає більш 300 грн на 1 км дороги, що обстежується, а продуктивність праці збільшується більш ніж у 30 разів.

10. Інформаційна технологія моніторингу транспортних комунікацій може використовуватися як для оцінки стану автомобільних доріг, так і для моніторингу дорожнього середовища, руху і стану транспортних засобів. Розроблені мобільні ІОК мають універсальний характер і можуть застосовуватися для рішення різноманітних задач управління будь-якими колісними транспортними засобами.

Основні положення дисертації опубліковані у таких роботах

1. Алексеев В.О. Математическое описание процесса мониторинга транспортных коммуникаций //Інформаційно- керуючі системи на залізнич-ному транспорті. Науково-технічний журнал, Харківська державна академія залізничного транспорту.- Харків. -1998,-№ 1. С. 3-6.

2. Абрамов Ю.А., Алексеев В.О. Идентификация геометрических элементов объектов протяженного типа // Обработка информации и обеспечение надежности систем управления. Сб. научн. трудов Харьковского военного университета.- Харьков. -1997. -С. 117-121.

3. Алексеев В.О. Сетевая технология разработки сложных систем

4. Алексеев В.О., Калмыков А.В., Калмыков В.И., Об одном алгоpитме опpеделения частоты вpащения вала машин и механизмов // Вестник ХГАДТУ.- Хаpьков. -1997, №6. -С. 63-68.

5. Алексеев В.О. Мониторинг дорожной cреды // Информационные технологии. Сб. научн. трудов. междунар. научно-технической конф., Харьков-Магдебург-Мишкольц.- 1997. -С.199-201.

6. Алексеев В.О. Интерактивная система эргономического мониторинга транспортных коммуникаций // Эргономика на автомобильном транспорте. Труды международной научной конференции.- Харьков.- 1997. -С. 71-77.

7. Алексеев В.О. Программное обеспечение процесса мониторинга объектов протяженного типа // Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности.- Харьков: ХВУ.-1997.- С. 13-19.

8. Алексiєв В.О. Математична модель та реалізація моніторингу транспортних комунікацій // Актуальні проблеми сучасної науки у дослідженнях молодих вчених м. Харкова. Збірник доповідей- Харків: МО України, АО "Бізнес Інформ".- 1997.- С. 4-6.

Размещено на Allbest.ru

...