Моделі та алгоритмічне забезпечення для раціональної організації і автоматизації управління автомобільними перевезеннями

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

МОДЕЛІ ТА АЛГОРИТМІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ РАЦІОНАЛЬНОЇ ОРГАНІЗАЦІЇ І АВТОМАТИЗАЦІЇ УПРАВЛІННЯ АВТОМОБІЛЬНИМИ ПЕРЕВЕЗЕННЯМИ

Сердюк Анатолій Анатолійович

УДК 621.396.96 : 629.783

05.13.06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі транспортного права, системного аналізу і логістики в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України (м. Київ)

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор, Заслужений

діяч науки і техніки України, двічі лауреат Державної

премії України у галузі науки і техніки,

Бєляєвський Леонід Степанович,

Національний транспортний університет,

професор кафедри транспортного

права, системного аналізу і логістики (м. Київ).

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор,

Заслужений діяч науки і техніки України,

Баранов Володимир Леонідович,

Інститут проблем моделювання в енергетиці

ім. Пухова НАН України, провідний

науковий співробітник Відділення гібридних

моделюючих і керуючих систем в енергетиці (м. Київ).

- кандидат технічних наук, доцент,

Лясковський Віктор Петрович,

Національний транспортний університет,

директор Міжнародного освітянського

центру інформаційних технологій (м. Київ).

Провідна установа: НВК “Київський інститут автоматики”

Міністерства промислової політики України (м.Київ).

Захист відбудеться “27” червня о 14.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.01 при Національному транспортному Університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, ауд. 333.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент ____________ О.І. Мельниченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

алгоритм маршрутизація транспортний потік

Актуальність теми Сучасні інформаційні технології, розвиток обчислювальної мікропроцесорної техніки, а також інтенсивне впровадження глобальних навігаційних супутникових систем (ГНСС) і телекомунікаційних систем рухомого супутникового зв'язку (СРСЗ) створили умови для розвитку ринку інформаційних послуг та застосування нових телекомунікаційно-навігаційних засобів на всіх видах транспорту. У свою чергу, це сприяло підвищенню ефективності та безпеки транспортних перевезень у відповідності до нових вимог міжнародних транспортних організацій.

Велику зацікавленість автотранспортних споживачів, що здійснюють міські, міжміські та міжнародні перевезення приваблюють автоматизовані системи моніторингу та диспетчерського управління автотранспортом (АСМДУ АТ), що використовують супутникові навігаційні і телекомунікаційні системи. Робота систем, що розглядаються базується на використані космічних супутникових навігаційних систем ГЛОНАСС (Росія), GPS Navstar (США) та телекомунікаційних систем різних стандартів.

Для широкого застосування супутникових технологій для забезпечення автоматизації автотранспортних перевезень і підвищення їх ефективності необхідно вирішити ряд проблем організаційного та технологічного плану.

Дослідження проблем автоматизації управління транспортними системами і підвищення їх ефективності на основі застосування інформаційно-управляючих технологій пов'язані з іменами відомих вчених Кухтенко О.І., Пухова Г.Є., Бусленко Н.Г., Воркута А.І., Левковця П.Р., Герасимова Б.М., Цвіркуна В.Д., Васильєва В.В., Карандакова Г.В., Ігнатенка О.С., Баранова Г.Л., Баранова В.Л, Бєляєвського Л.С., Соловйова Ю.А. та ін. Вказані дослідження не зважаючи на їх фундаментальний характер не були предметом комплексного аналізу і врахування особливостей застосування супутникових телекомунікаційно-навігаційних систем для забезпечення ефективності і безпеки транспортних перевезень.

Таким чином актуальною задачею, на даний час, в галузі прогресивних інформаційних технологій і автоматизованих систем управління є розробка науково обґрунтованих рекомендацій та технологічних заходів по інформаційному забезпеченню і раціональній організації і автоматизації управління автомобільним транспортом з використанням перспективних супутникових технологій, що обумовило актуальність тематики дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота зорієнтована у світовому напрямку досліджень в галузі телематики і застосування прогресивних інформаційно-телекомунікаційних технологій на транспорті і пов'язана з науковими дослідженнями Національного транспортного університету. Здобувач безпосередньо приймав участь в науково-дослідних роботах, а саме держбюджетна НДР №27 "Раціональна організація автомобільних перевезень із застосуванням технологій систем супутникової навігації і зв'язку" (шифр за номером державної реєстрації 0103U003386, 2003-

2005 pp.), держбюджетна НДР №50 "Методи і алгоритми просторово-часової обробки навігаційної інформації у системах супутникового моніторингу і управління транспортними засобами" (шифр за номером державної реєстрації 0106U002143, 2005-2007 pp.) та НДР "Розробка методів, моделей і стратегій розвитку виробництва на базі інвестиційної діяльності" (шифр за номером державної реєстрації 0101U002017, 2003-2005 pp.), які виконувались на кафедрі транспортного права, системного аналізу і логістики Національного транспортного університету.

Мета і задачі дослідження Мета дисертаційної роботи - розробка і удосконалення моделей і алгоритмічного забезпечення для раціональної організації і автоматизації управління автомобільним транспортом на основі застосування телекомунікаційно-комп'ютерних і супутникових технологій, що в цілому спрямовано на підвищення якості і ефективності автомобільних перевезень.

Поставлена мета досягається вирішенням таких основних задач дослідження.

· Проведення комплексного аналізу логістичних принципів управління автомобільним транспортом і визначення системи показників, що характеризують транспортні процеси і системи, що використовують інформаційно-комп'ютерні технології.

· Обґрунтування принципів моделювання транспортних процесів і систем з урахуванням застосування супутникових систем навігації та зв'язку для інформаційного забезпечення автоматизованого диспетчерського управління автомобільним транспортом.

· Обґрунтування і розробка моделей і алгоритмів маршрутизації транспортних потоків з використанням телекомунікаційно-комп'ютерних технологій; обґрунтування і розробка алгоритмів автоматизованого диспетчерського контролю графіків руху автотранспорту.

· Розробка моделей і алгоритмів побудови і оптимізації структур термінальних автотранспортних систем з урахуванням їх розміщення, складу і розмірів робочих зон, що обслуговуються телекомунікаційно-навігаційними супутниковими системами.

· Розробка рекомендацій і методик оцінки економічної ефективності впровадження АСМДУ на автотранспортних підприємствах.

Об'єктом дослідження організаційно-технологічне та інформаційне забезпечення для систем управління автомобільними перевезеннями.

Предметом дослідження є процеси моделювання, алгоритмізація і методики раціональної організації і автоматизації управління автомобільними перевезеннями на основі застосування телекомунікаційно-комп'ютерних і супутникових технологій.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач використовувались методи теорії системного аналізу, математичного моделювання, теорії управління, теорії ймовірностей і математичної статистики.

Наукова новизна результатів дисертаційної роботи полягає у наступному:

· Вперше здійснено адаптацію підходів до побудови моделей транспортних процесів і систем для раціональної організації і автоматизації управління автотранспортними перевезеннями з використанням супутникових систем навігації та зв'язку.

· Вперше обґрунтовані моделі вибору та раціональної побудови маршрутів з урахуванням ймовірностей безперешкодного проїзду автотранспорту та за відстанню на основі телекомунікаційно-комп'ютерного забезпечення.

· Удосконалене алгоритмічне забезпечення і методика побудови структур термінальних автотранспортних систем і мережі диспетчерських центрів управління автотранспортом.

· Удосконалені алгоритми і методика автоматизованої побудови робочих зон радіонавігаційних і телекомунікаційних систем, що забезпечують роботу диспетчерських центрів управління наземним транспортом з урахуванням впливу умов експлуатації РНС і ТКС систем телекомунікаційно-навігаційного забезпечення.

· Удосконалена методика розрахунку економічної ефективності використання АСМДУ для раціональної організації і управління транспортними перевезеннями.

Практична значимість отриманих результатів.

Суттєве практичне значення мають результати виконаних досліджень щодо вперше наданого обґрунтування заходів і рекомендацій для раціональної організації автотранспортних перевезень з використанням телекомунікаційно-комп'ютерних і супутникових технологій, щодо удосконалення алгоритмів раціональної побудови автотранспортних маршрутів, розробки алгоритмів і методики автоматизованого контролю графіків руху автотранспорту, обґрунтування рекомендацій щодо побудови раціональних структур термінальних автотранспортних систем і мереж диспетчерських центрів управління автотранспортом, а також обґрунтування рекомендацій і методик оцінки економічної ефективності від впровадження АСМДУ в автотранспортних підприємствах.

Практичне значення отриманих автором результатів полягає також у тому, що запропоновані ним моделі алгоритми і методики для забезпечення раціональної організації і автоматизації транспортних перевезень доведені до рівня інженерних, організаційно-економічних рішень, оснащені програмним забезпеченням (розробленим дисертантом) для реалізації цих розробок на сучасних ЕОМ, що дало можливість безпосередньо використовувати результати дисертаційної роботи для практичної діяльності автотранспортних підприємств і в навчальному процесі транспортних вузів.

Результати дисертаційної роботи були впроваджені в:

ДП СМАП для удосконалення інформаційного забезпечення і підвищення ефективності управління міжнародними автотранспортними перевезеннями;

ТП “Парк” для реалізації методики вибору і побудови мережі раціональних маршрутів автотранспорту в м. Києві.

ЦНДІ навігації і управління при розробці нових зразків апаратно-програмних комплексів для АСМДУ AT;

навчальному процесі Національного транспортного університету (НТУ) шляхом включення в лекційні курси і лабораторний практикум з дисциплін “Глобальні супутникові системи навігації та зв'язку на транспорті” та “Основи теорії транспортних процесів і систем”, що викладаються на кафедрі “Транспортного права, системного аналізу і логістики” НТУ.

Особистий внесок здобувача

Результати дисертації викладені у дев'яти основних [1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 11, 12] і чотирьох додаткових [7, 8, 9, 13] опублікованих роботах.

В публікаціях, написаних у співавторстві, автору належать: [1] - розроблена методика розрахунку економічної ефективності застосування супутникових технологій в АСДУ АТ; [2] - розроблена методика імітаційного моделювання АСДУ АТ, та оптимізаційно-імітаційні процедури і відповідні алгоритми для раціональної структури термінальної автотранспортної системи.; [3] - розроблений алгоритм формування топологічної структури термінальної автовантажної системи; [6] - надані рекомендації по розробці універсального програмного комплексу АСМДУ ТЗ; [8] - розроблені рекомендації по створенню національної служби організації охорони, пошуки та рятування в аварійних та надзвичайних ситуаціях; [10] - розроблена математична модель побудови робочих зон багатопозиційних радіонавігаційних систем (БРНС) і телекомунікаційні системи (ТКС) з використанням підсистем космічного і наземного базування та алгоритм побудови робочих зон БРНС і ТКС; [11] - надане обґрунтування методики оцінки впливу комплексу експлуатаційних факторів, що супроводжують застосування БРНС, які входять до складу АСМДУ ТЗ, на ефективність і якість роботи диспетчерських центрів управління автомобільним транспортом, запропонований узагальнений критерій оцінки ефективності роботи БРНС з урахуванням впливу ряду експлуатаційних факторів; [12] - розроблена модель і алгоритм для оцінки і оптимізації контролю параметрів руху ТЗ відносно заданих графіків; [13] - проведений аналіз методів просторово-часової обробки інформації в диспетчерських центрах при вирішені задач управління міським пасажирським автотранспортом.

Перераховані публікації із достатньою повнотою відображають наукові та практичні результати дисертаційної роботи. З праць, які опубліковані у співавторстві, у дисертації використано тільки ті результати, які отримані здобувачем самостійно.

Апробація результатів дисертації

Основні результати роботи доповідалися і обговорювалися на

9 міжнародних і регіональних конференціях, у тому числі на:

Міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні інформаційні технології в управлінні і професійній підготовці операторів складних систем" (Кіровоград, ДЛАУ 2003 p.);

60-й ювілейній науковій конференції професорсько-викладацького складу і студентів НТУ(Київ 2004 p.);

Всеукраїнському конкурсі молодіжних проектів "Український молодіжний супутник-2004" (та відповідних конференціях, що проходили у м. Києві та м. Євпаторії);

61-й науковій конференції професорсько-викладацького складу і студентів НТУ (Київ 2005 p.);

Науково-практичній конференції "Транспорт+логістика 2005", що проходила у Національному виставковому центрі;

62-й науковій конференції професорсько-викладацького складу і студентів НТУ (Київ 2006 p.);

Науково-практичному семінарі "Застосування супутникових технологій у транспортній галузі" (Київ, НТУ 2006 p.);

63-й науковій конференції професорсько-викладацького складу і студентів НТУ (Київ, НТУ 2007 p.).

Загалом опубліковано 7 тез доповідей.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаної літератури з 183 найменувань, 3 додатків на 29 сторінках, 48 рисунків і 8 таблиць - всього 238 сторінок. Основний текст дисертації складається зі 164 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ до дисертації містить обґрунтування актуальності теми досліджень, формулювання мети та завдань дисертаційної роботи, визначення об'єкта та предмета досліджень, методологічну основу досліджень, опис основних наукових результатів, їхньої новизни та практичної цінності, зв'язок роботи з науковими програмами і темами, а також відомості про публікації, апробацію та структуру роботи.

У першому розділі на основі аналізу закордонного і вітчизняного досвіду застосування телекомунікаційно-комп'ютерних технологій в транспортній галузі (в рамках транспортної телематики) надане наукове обґрунтування основних задач і перспектив застосування супутникових технологій для телекомунікаційно-навігаційного забезпечення автоматизованого диспетчерського управління наземними транспортом.

Визначені логістичні принципи управління автотранспортними перевезеннями з метою забезпечення раціональної організації та підвищення економічної ефективності перевезень вантажів і пасажирів з урахуванням автоматизованого контролю руху транспортних засобів на всьому шляху слідування за допомогою телекомунікаційно-комп'ютерних і супутникових технологій. Здійснено обґрунтування та вибір критеріїв і показників для оцінки якості та ефективності транспортних перевезень на основі застосування принципів телематики і супутникових технологій, що забезпечило перехід до розробки принципів і моделей раціональної організації автотранспортних перевезень на основі автоматизації процесів моніторингу і диспетчерського управління транспортом. Показано, що розробку моделей і методик застосування телекомунікаційно-комп'ютерних і супутникових технологій на транспорті необхідно проводити з позицій підвищення ефективності і якості роботи підприємств-перевізників, які здійснюють транспортування вантажів і пасажирів як всередині країни, так і на міжнародних транспортних коридорах. Аналіз задач побудови і оптимізації структури АСМДУ показав, що для них доцільно виділяти наступні рівні деталізації побудови системи: вибір складу і топології наземних пунктів управління (змінна ) вибір комплексу технічних засобів в диспетчерських пунктах (ДП) (змінна ) і вибір варіанту розподілення функцій і задач управління між технічними засобами обраних ДП (змінна ). При цьому загальна задача побудови і оптимізації структури АСМДУ АТ запишеться у вигляді наступної моделі:

(1)

, , ,

де - функціонал ефективності роботи АСМДУ, що реалізується при заданому наборі критеріїв X, Y, Z. Представлена узагальнена модель і пов'язані з нею моделі, які використані в роботі для моделювання транспортних процесів і АСМДУ в цілому, при цьому використовуються аналітико статистичні методи моделювання, включаючи методику і алгоритми імітаційного моделювання. Надані рекомендації до розробки імітаційної моделі АСМДУ, побудову якої можна представити у вигляді алгоритму, зручного для реалізації на ЕОМ з відповідним програмним забезпеченням.

В цілому в даному розділі вперше здійснено адаптацію підходів до побудови моделей транспортних процесів і систем для раціональної організації автотранспортних перевезень з використанням супутникових систем навігації і зв'язку.

В другому розділі на основі аналізу методик і алгоритмів маршрутизації транспортних перевезень надане обґрунтування моделей вибору та раціональної побудови маршрутів з урахуванням одночасно імовірностей безперешкодного проїзду і найкоротшого шляху проїзду по маршруту.

На основі представлення мережної моделі, що складається з m маршрутів, по n вузлів на кожному, у вигляді узагальненої схеми руху автотранспорту рис. 1 отримана формула для оцінки повної (результуючої) імовірності безперешкодного проїзду (Pmn).



Рис.1. Узагальнена схема мережі маршрутів руху міського автотранспорту

, (2)

де Pi- імовірність безперешкодного проїзду для i-го відрізку маршруту;

Використовуючи різноманітні конфігурації побудови і вибору ділянок (відрізків) маршрутів з урахуванням можливості їх дублювання при виникненні перешкод, аварій, перевантаженості доріг та ін. можна вибрати результуючий маршрут у заданому районі, для кожного Pmn, що максимізується, тобто .

В роботі представлені моделі для оцінки імовірностей безперешкодного проїзду різних практичних конфігурацій побудови мережі дублюючих маршрутів (послідовне з'єднання паралельних груп відрізків маршрутів (вулиць, доріг), паралельне з'єднання послідовних груп відрізків маршрутів, комбіноване послідовно-паралельне з'єднання відрізків маршрутів). Ця група мережних моделей може бути безпосередньо використана для аналізу, вибору і оптимізації маршрутних мереж руху автотранспорту.

Розроблений алгоритм маршрутизації автотранспорту з урахуванням одночасно імовірностей безперешкодного проїзду і відстані, що полягає в оцінці і мінімізації суми:

, (3)

де - імовірність безперешкодного проїзду на ділянці з маршрутів від -го до k-го вузлів.

На основі запропонованих алгоритмів і методики маршрутизації автотранспорту забезпечується раціональна організація і підвищення ефективності транспортних перевезень шляхом їх перспективного планування і автоматизованого диспетчерського управління транспортом з використанням телекомунікаційно-навігаційних наземних і супутникових технологій.

Розроблені алгоритми автоматизованого диспетчерського контролю графіків руху автотранспорту на основі оцінки навігаційної диспетчерської інформації, що отримується з використанням супутникових систем навігації про поточні координати місцеположення і фактичний час руху ТЗ. Дана інформація представлена у вигляді моделей усереднених лінійних залежності у межах зони обслуговування АСМДУ.

, (4)

де - поточний час перебування ТЗ на заданому маршруті руху по графіку; - пройдений шлях у межах заданого графіку руху ТЗ; - усереднене значення початку руху ТЗ по маршруту; - усереднений масштабний коефіцієнт перетворення лінійних мір у часові.

Структурна схема алгоритму оцінок параметрів відхилення руху ТЗ (що контролюється) від заданого графіку при використання обчислювальних процедур методу найменших квадратів представлена на рис. 2.



Рис. 2. Структурна схема алгоритму контролю графіку руху автотранспорту

Також надане обґрунтування алгоритму рекурентної обробки інформації при оцінці відхилень руху ТЗ від графіку на основі послідовності рекурентних обчислювальних процедур, що відповідає принципам автоматизації контролю руху ТЗ і забезпечує підвищення оперативності контролю і скорочення об'єму оперативної пам'яті обчислювача інформації.

На основі запропонованих алгоритмів і методики маршрутизації автотранспорту забезпечується раціональна організація і підвищення ефективності транспортних перевезень шляхом їх перспективного планування і автоматизованого диспетчерського управління транспортом з використанням телекомунікаційно-навігаційних наземних і супутникових систем.

Окрім того наведена оцінка достовірності диспетчерського контролю графіків руху ТЗ з урахуванням об'ємів вибірок параметрів контролю, що оцінюються і заданих рівнів довірчих ймовірностей. На рис. 3 представлені графіки залежності граничних середньоквадратичних відхилень , що характеризують параметри контролю руху АТЗ (у відносних одиницях)

, (5)

де - коефіцієнт, що є функцією об'єму вимірів і встановленого рівня довірчої імовірності оцінок ; - встановлений допуск на відхилення від лінійності залежності (4).



Рис. 3. Залежності середньоквадратичних відхилень параметрів контролю графіку руху транспортних засобів від об'єму вимірів

З урахуванням необхідного рівня достовірності запропонованих алгоритмів і методики диспетчерського контролю параметрів руху ТЗ вони рекомендовані для оцінки якості роботи водіїв ТЗ, а також для оцінки і реєстрації параметрів руху ТЗ при проведені їх випробувань.

У третьому розділі роботи обґрунтовані принципи, алгоритми і методики моделювання і оптимізації структур розподілених інформаційно-управляючих і термінальних автотранспортних систем з урахуванням сучасного телекомунікаційно-комп'ютерного і супутникового забезпечення.

Обґрунтована узагальнена імітаційна модель побудови і вибору раціональних структур розподілених автоматизованих систем моніторингу і диспетчерського управління АТЗ з урахуванням масштабів розміщення і складу її підсистем. Особливістю запропонованої узагальненої структурної моделі розподіленої АСМДУ АТЗ являється оптимізаційно-імітаційний підхід, що дав можливість алгоритмізувати і автоматизувати процеси оптимізації структур розподілених АСМДУ і оцінки ефективності їх функціонування.

Запропоновані алгоритми і методика оптимізації структур термінальних автовантажних систем (ТАВС) з урахуванням топології розміщення терміналів в заданих регіонах, їх складу і розмірів зон обслуговування користувачів. При цьому функціонал, що моделюється для алгоритмізації раціонального розміщення і складу ТАВС в заданому регіоні (випуклої області F) характеризує відстань, що мінімізується в метричному просторі рівномірних наближень

(6)

; ; ; ;

; ,

де - площа випуклої області ; - радіус -го кола, у якому розміщується -й термінал ТАВС; - мінімальне і максимальне значення радіусу кола, що варіюється; - координати -го терміналу; - функція, що має смисл обмеження по вартості термінальної автовантажної системи даного регіону.

Розроблений алгоритм формування і оптимізації структури ТАВС з урахування моделі (6), котрий передбачає покриття зонами обслуговування терміналів заданої області з використанням методу статистичного моделювання. Узагальнена схема алгоритму моделювання структури ТАВС в використанням ЕОМ представлена на рис.4.

Також розроблений алгоритм і методика побудови робочих зон систем диспетчерського управління наземним транспортом з використанням радіонавігаційних і телекомунікаційних систем наземного і космічного базування.

У якості аналітико-статистичної моделі побудови робочих зон багатопозиційних радіонавігаційних систем (БРНС) з використанням ЕОМ запропонована залежність для геометричного фактора РНС в функції сліду кореляційної матриці відхилень навігаційних параметрів ().

(7)

де - N-мірні вектори координат, що входять до БРНС; x, y- координати точки у двомірному просторі; N - кількість підсистем (супутників) у складі БРНС; - азимути проекцій i-го і j-го супутників на поверхню Землі.

Запропоновані алгоритми побудови робочих зон БРНС і ТКС з використанням ЕОМ можуть бути безпосередньо використані при проектуванні територіально розподілених автотранспортних систем і термінальних структур з урахуванням раціонального розміщення диспетчерських центрів управління транспортом.

В цьому розділі також надане обґрунтування методики оцінки впливу комплексу факторів, обумовлених умовами експлуатації БРНС і комплексних навігаційних систем (КНС) (що реалізують інформаційне забезпечення

АСМДУ АТ) на ефективність і якість роботи ДЦ, та надання рекомендацій по врахуванню цих факторів при формуванні структур територіально розподілених термінальних систем і диспетчерських центрів управління автотранспортом, а також рекомендацій по врахуванню конфігурацій робочих зон БРНС і КНС при побудові територіально розподілених АСМДУ АТЗ; при цьому БРНС (КНС) розглядаються в якості марковських джерел навігаційної інформації.

Рис.4. Алгоритм розміщення N терміналів в заданій області F

Запропонований умовний критерій ефективності БРНС (КНС) (ефективності вирішення навігаційних задач системою у реальних умовах експлуатації) у вигляді функціоналу

, (8)

в якому - імовірність перебування системи у робочому стані; - функція, що характеризує розміри та конфігурацію робочої зони БРНС (КНС) в i-му стані.

Показано, що при реалізації оптимальних структур БРНС (КНС) з використанням критерію (8) в якості моделей, що описують зміну станів систем доцільно використовувати моделі марковських ланцюгів. При цьому для зменшення об'єму, складності і підвищення достовірності обчислень навігаційних параметрів (НП) за надлишковими станами БРНС (КНС) запропоновані алгоритм і методика укрупнення марковських кінцевих ланцюгів на основі теореми про укрупнення станів марковських джерел інформації; зазначений алгоритм і методика дають можливість скоротити об'єм навігаційної інформації, яка вводиться в обробку при врахуванні комплексу експлуатаційних факторів, котрі впливають на ефективність роботи БРНС (КНС), що в цілому сприяє підвищенню якості побудови розподілених АСМДУ АТЗ.

Четвертий розділ присвячений розробці рекомендацій і методик для раціональної організації, оцінці і підвищенню ефективності і якості автотранспортних перевезень з використанням АСМДУ ТЗ.

На основі аналізу і практики застосування супутникових систем навігації та зв'язку для інформаційного забезпечення АСМДУ АТЗ виявлені основні переваги використання ГНСС і СРСЗ у порівнянні з існуючими телематичними технологіями та системами.

З цього приводу, розроблялися удосконалені методики розрахунку економічної ефективності впровадження АСМДУ АТЗ для вантажних і пасажирських перевезень. Ці методики ґрунтуються на наступних основних положеннях:

· скорочення експлуатаційних витрат на систему диспетчерського керування за рахунок її реорганізації при впроваджені АСМДУ АТЗ;

· скорочення експлуатаційних витрат за рахунок збільшення продуктивності роботи автотранспортних засобів при перевезеннях вантажів і пасажирів;

· скорочення експлуатаційних витрат за рахунок економії паливо-мастильних матеріалів;

· скорочення збитків внаслідок скоєння ДТП за рахунок забезпечення безпечного функціонування вантажного і пасажирського транспорту, включаючи: скорочення витрат на медичне обслуговування постраждалих; виплати страхових сум постраждалим; скорочення витрат на відновлення рухомого складу.

Результати розрахунку економічної ефективності від впровадження АСМДУ АТЗ з використанням запропонованих методик стосовно до роботи конкретних автотранспортних підприємств показали зниження собівартості перевезень не менше ніж на 15-20%.

В даному розділі здійснена також розробка раціональних маршрутів за допомогою удосконаленого алгоритму і методики вибору маршрутів за ймовірністю безперешкодного проїзду та за відстанню для АТП “Парк” (м. Київ)

Окрім того на основі розроблених моделей, алгоритмів і програм здійснена розробка і реалізація програмного комплексу для АСМДУ ТЗ, що використовується в лабораторному практикумі при вивченні навчальних дисциплін в Національному транспортному університеті, що присвячений застосуванню телекомунікаційно-комп'ютерних і супутникових технологій в транспортній галузі.

В додатках наведене програмне забезпечення для реалізації розроблених у дисертації алгоритмів і методик та результати проведених експериментів та акти впровадження результатів роботи.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

В дисертації наведене узагальнення і розв'язання актуального наукового завдання по розробці вдосконалених моделей, алгоритмів і методик щодо раціональної організації і підвищення ефективності перевезень на основі застосування телекомунікаційно-навігаційних супутникових технологій і автоматизації процесів моніторингу і диспетчерського управління автотранспортом.

Основні наукові результати, висновки та практичні рекомендації роботи можна сформулювати у наступному вигляді.

1. Доведено, що умови і технологічні принципи застосування супутникових технологій для телекомунікаційно-навігаційного забезпечення і підвищення ефективності транспортних перевезень являють собою методологічну основу для удосконалення логістичного процесу управління транспортом (в рамках транспортної телематики).

2. Вперше обґрунтовані і розроблені мережні моделі і алгоритми раціонального вибору і прокладання маршрутів руху автотранспорту з урахуванням одночасно ймовірностей безперешкодного проїзду і довжини маршруту автотранспорту.

3. Удосконалені моделі і алгоритми для оцінки і оптимізації параметрів контролю руху АТ відносно заданих графіків з використанням автоматизованих систем моніторингу і диспетчерського управління автотранспортом (АСМДУ АТ). Зазначені алгоритми і моделі доцільно використовувати не тільки для диспетчерського контролю графіків руху АТ на маршрутах, а також для оцінки якості роботи водіїв АТ і для реєстрації і оцінки параметрів руху ТЗ при проведені їх випробувань.

4. Запропоновані удосконалені алгоритми і методика побудови територіально розподілених структур АСМДУ АТ і формування топологічної структури термінальних автовантажних систем з використанням імітаційного моделювання. Апробація запропонованих алгоритмів і методик з використанням ЕОМ показала доцільність і ефективність розглянутого напрямку побудови територіально розподілених диспетчерських та термінальних систем автомобільних перевезень.

5. Запропоновані удосконалені алгоритми і методика побудови робочих зон багатопозиційних РНС (БРНС) і ТКС наземного і космічного базування з використанням ЕОМ, що дало можливість автоматизувати процес проектування розподілених диспетчерських центрів і термінальних автотранспортних систем.

6. На основі використання марковських процесів і ланцюгів надано обґрунтування методики оцінки впливу комплексу експлуатаційних факторів, що супроводжують застосування БРНС (КНС), що входять до складу АСМДУ ТЗ, на ефективність і якість роботи диспетчерських центрів управління автомобільним транспортом. Запропонований узагальнений критеріїв оцінки ефективності роботи БРНС (КНС) з урахуванням впливу ряду експлуатаційних факторів; цей критерій доцільно використовувати для оптимізації розміщення і складу БРНС (КНС), а також для оптимізації їх робочих зон.

7. Обґрунтовані методики розрахунку економічної ефективності застосування АСМДУ АТ, що здійснюють вантажні і пасажирські перевезення.

8. Розрахований річний економічний ефект від застосування АСМДУ АТ для вантажних і пасажирських перевезень в АТП м. Києва.

9. Здійснена реалізація методики вибору і побудови мережі раціональних маршрутів автотранспорту АТП “Парк” м. Київ.

10. В цілому практична направленість отриманих результатів дисертаційної роботи полягає у тому, що заплановані автором моделі, алгоритми і методики для забезпечення раціональної організації автомобільних перевезень доведені до рівня інженерних організаційно-економічних рекомендацій, оснащені програмним забезпеченням, розробленого автором, для реалізації результатів на сучасних ЕОМ.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Особливості оцінки ефективності впровадження систем диспетчерського контролю та управління автотранспортом з використанням супутникових технологій./ Бєляєвський Л. С., Дмитриченко М. Ф., Левковець П. Р., Сердюк А. А./ Вісник НТУ, ТАУ. - 2003. - №8. - С. 85-88.

2. Методика раціональної побудови автоматизованих супутникових систем диспетчерського управління автотранспортом з використанням імітаційного моделювання./ Бєляєвський Л. С., Дмитриченко М. Ф., Левковець П. Р., Сердюк А. А// Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту і експлуатації автомобілів.: Науковий журнал. Вип. 17. -К.: НТУ, ТАУ. - 2003. - С. 215-218.

3. Принципи оптимізації структур термінальних автовантажних систем // Бєляєвський Л.С., Сердюк А.А. // Вісник Північного наукового центру ТАУ. - 2004. - Вип.7. - С.22.

4. Сердюк А. А. Аналіз імітаційних моделей вибору структури автоматизованої системи управління автотранспортом.// Управління проектами, системний аналіз і логістика : Науковий журнал. Вип. 1.-К.:НТУ, ТАУ. - 2004. - С. 59-63.

5. Алгоритми маршрутизації автотранспорту у мережних моделях // Сердюк А. А. // Управління проектами, системний аналіз і логістика : Науковий журнал. Вип. 2.-К.: НТУ, ТАУ. - 2005.- С. 118-125.

6. Бєляєвський Л. С., Левковець П. Р., Сердюк А. А., Топольськов Є.О. Технологічне та програмне забезпечення автотранспортних перевезень з використанням навігаційних та телекомунікаційних систем // Вісник Північного наукового центру ТАУ. - 2005. - Вип.8. - С.67.

7. Сердюк А.А. Захищене телекомунікаційно-комп'ютерне забезпечення систем управління дорожнім рухом // Захист інформації: Науково-технічний журнал. Спеціальний випуск, НАУ, 2005.- Вип. 25. - С.95-100.

8. Бєляєвський Л. С., Сердюк А. А. Особливості централізованого збору, обробки та захисту інформації при організації охорони, пошуку і рятування транспортних об'єктів з використанням супутникових технологій // Захист інформації: Науково-технічний журнал. Спеціальний випуск, НАУ, 2005.-

9. Вип. 12.- С. 184-192.

10. Сердюк А.А. Використання новітніх супутникових навігаційно-телекомунікаційних технологій для захисту транспортних засобів від викрадення Захист інформації: Науково-технічний журнал. Спеціальний випуск, НАУ, 2006. - С. 47-53.

11. Бєляєвський Л.С., Сердюк А.А. Методика і алгоритми побудови робочих зон супутникових систем диспетчерського управління наземним транспортом // Управління проектами, системний аналіз і логістика. - К.: НТУ. - 2006. - Вип.3.- С.78-82.

12. Аналіз впливу умов експлуатації систем інформаційно-навігаційного забезпечення на ефективність роботи диспетчерських центрів управління автотранспортом / Бєляєвський Л.С., Сердюк А.А. // Вісник Північного наукового центру ТАУ. - 2006. Вип. 9. - С. 15.

13. Бєляєвський Л. С., Сердюк А. А., Топольськов Є. О., Ткаченко Л.А. Моделі і алгоритми автоматизованого диспетчерського контролю графіків руху автотранспорту. // Управління проектами, системний аналіз і логістика. - К.: НТУ. - 2007. - Вип.4. - С. 158-164.

14. Левковець П.Р., Бєляєвський Л.С., Топольськов Є.О., Сердюк А.А. Застосування методів просторово-часової обробки інформації в диспетчерських центрах при вирішенні задач управління міським пасажирським автотранспортом // Вісник НТУ. - 2007 - вип.13 ч.2.-С.44-49.

АНОТАЦІЯ

Сердюк А.А. Моделі та алгоритмічне забезпечення для раціональної організації і автоматизації управління автомобільними перевезеннями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - “Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології”. - Національний транспортний університет, Київ, 2007.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової задачі в галузі прогресивних інформаційних технологій і автоматизованих систем управління, що пов'язана з розробкою науково обґрунтованих рекомендацій та технологічних заходів з підвищення ефективності інформаційного забезпечення, раціональній організації і автоматизації управління автомобільним транспортом з використанням перспективних супутникових технологій.

Вперше обґрунтовано і розроблено аналітико-статистичні моделі і алгоритми для ефективного вибору та побудови раціональних маршрутів руху автотранспорту і контролю графіків руху з використанням автоматизованих систем моніторингу і диспетчерського управління автотранспортом з використанням телекомунікаційно-комп'ютерних і супутникових технологій; запропоновані удосконалені моделі алгоритми і методики побудови територіально розподілених структур термінальних автотранспортних систем і диспетчерських центрів управління транспортом з урахуванням впливу умов експлуатації навігаційно-телекомунікаційних систем, що обслуговують транспортні підрозділи. Розроблені алгоритми, методика і рекомендації для розрахунку і підвищення ефективності застосування систем телекомунікаційно-комп'ютерного і супутникового забезпечення для автоматизованого управління автомобільним транспортом.

Практична значимість отриманих результатів дисертаційної роботи полягає в тому, що запропоновані автором моделі, алгоритми і методики для забезпечення раціональної організації автомобільних перевезень з використанням супутникових технологій доведена до рівня інженерних і організаційно-економічних рекомендацій, що підкріплені програмним забезпеченням яке розроблене автором для реалізації отриманих результатів на сучасних ЕОМ.

Практична реалізація результатів дисертаційної роботи в автотранспортних підприємствах і проектних організаціях доказала підвищення загальної економічної ефективності міський, міжміських та міжнародних автомобільних перевезень за рахунок організації і покращення інформаційного забезпечення перевезень при використанні автоматизованих систем диспетчерського управління автомобільним транспортом, що взаємодіють із супутниковими телекомунікаційно-навігаційними системами.

Ключові слова: телематика, інформаційні технології, наземний транспорт, диспетчерський центр, моделі, алгоритми і методики автоматизованого управління, транспортні перевезення.

АННОТАЦИЯ

Сердюк А.А. Модели и алгоритмическое обеспечение для рациональной организации и автоматизации управления автомобильными перевозками. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - “Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии”. - Национальный транспортный университет, г. Киев, 2007.

Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи в области прогрессивных информационных технологий и автоматизированных систем управления, которая связанна с разработкой научно обоснованных рекомендаций и технологических мероприятий по повышению эффективности информационного обеспечения, рациональной организации и автоматизации управления автомобильным транспортом с использованием перспективных спутниковых технологий.

Впервые обоснованы и разработаны аналитико-статистические модели и алгоритмы для эффективного выбора и построения рациональных маршрутов движения автотранспорта и контроля графиков движения с использованием автоматизированных систем мониторинга и диспетчерского управления автотранспортом с использованием телекоммуникационно-компьютерных и спутниковых технологий; предложены усовершенствованные модели алгоритмы и методики построения территориально распределенных структур терминальных автотранспортных систем и диспетчерских центров управления транспортом с учетом влияния условий эксплуатации навигационно-телекоммуникационных систем, которые обслуживают транспортные подразделения. Разработаны алгоритмы, методики и рекомендации для расчета и повышения эффективности применения систем телекоммуникационно-компьютерного и спутникового обеспечения для автоматизированного управления автомобильным транспортом.

Практическая значимость полученных результатов диссертационной работы состоит в том, что предложенные автором модели, алгоритмы и методики для обеспечения рациональной организации автомобильных перевозок с использованием спутниковых технологий доведена до уровня инженерных и организационно-экономических рекомендаций, которые подкреплены программным обеспечением, разработанным автором для реализации полученных результатов на современных ЭВМ.

Практическая реализация результатов диссертационной работы в автотранспортных предприятиях и проектных организациях доказала повышение общей экономической эффективности городских, междугородных и международных автомобильных перевозок при использовании автоматизированных систем диспетчерского управления автомобильным транспортом, которые взаимодействуют со спутниковыми телекоммуникационно-навигационными системами.

Ключевые слова: телематика, информационные технологии, наземный транспорт, диспетчерский центр, модели, алгоритмы и методики автоматизированного управления, транспортные перевозки.

SUMMARY

Serdiuk A. A. Models and algorithmic maintenance for the rational organization and automation of management by automobile transportations. - the Manuscript.

Thesis for awarding of scientific degree of the doctor of the technical science on a speciality 05.13.06 - “the Automated control systems and progressive information technologies ”. - national transport university, Kiev, 2007.

The dissertation is devoted to the decision of an actual scientific problem in the field of progressive information technologies and the automated control systems, which connected with development of scientifically proved recommendations and technological actions on increase of efficiency of a supply with information, the rational organization and automation of management by motor transport with use of perspective satellite technologies.

For the first time analytical, statistical models and algorithms are proved and developed for an effective choice and construction of rational routes of movement of motor transport and the control of train diagrams over use of the automated systems of monitoring and dispatching management of motor transport with use of telecommunication and computer and satellite technologies; the advanced models algorithms and techniques of construction of territorially distributed structures of terminal motor transportation systems and dispatching control centres of transport in view of influence of conditions of operation of navigating and telecommunication systems which serve transport divisions are offered., techniques and recommendations algorithms are developed for calculation and increase of efficiency of application of systems of telecommunication and computer and satellite maintenance for automated management by motor transport.

The practical importance of the received results of dissertational work consists that the models offered by the author, algorithms and techniques for maintenance of the rational organization of automobile transportations with use of satellite technologies is finished to a level of engineering and organizational-economic recommendations which are supported by the software developed by the author for realization of received results on modern computers.

Practical realization of results of dissertational work in the motor transportation enterprises and the design organizations has proved increase of the general economic efficiency city, between cities and the international automobile transportations at use of the automated systems of dispatching management by motor transport which cooperate with satellite telecommunication and navigating systems.

Keywords: telematics, information technologies, ground transport, the dispatching center, models, algorithms and techniques of automated management by transport, transportation.

Размещено на Allbest.ru

...