64304

КОНЦЕПЦІЯ ІНФОРМАЦІЙНОГО РОЗВИТКУ ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ

Автореферат

Логистика и транспорт

Транспортні системи, технології, машини, шляхи сполучення та багато інших підсистем та ланок, що забезпечують надання транспортних послуг населенню та організаціям, можна визначати як багаторівневу транспортну інфраструктуру.

Украинкский

2014-07-04

308 KB

2 чел.

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

Алексієв Володимир Олегович

УДК 656:004.75

КОНЦЕПЦІЯ  ІНФОРМАЦІЙНОГО РОЗВИТКУ

ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ

Спеціальність 05.22.01 – транспортні системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Харків – 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі мехатроніки автотранспортних засобів
Харківського національного автомобільно-дорожнього університету
Міністерства освіти і науки України.

Науковий

консультант:

доктор технічних наук, професор
Богомолов Віктор Олександрович,
Харківський національний автомобільно-дорожній університет, заступник ректора з наукової роботи.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор
Нагорний Євген Васильович,
Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри транспортних технологій;

доктор технічних наук, професор
Поліщук Володимир Петрович,
Національний транспортний університет,
завідувач кафедри транспортних систем та безпеки дорожнього руху;

доктор технічних наук, професор
Лістровий Сергій Володимирович,
Українська державна академія залізничного транспорту, проф
есор кафедри спеціальних комп’ютерних систем.

Захист відбудеться «09» червня 2010 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: вул. Петровського, 25,  м. Харків, 61002, Україна.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного 

автомобільно-дорожнього університету (вул. Петровського, 25, м. Харків).

Автореферат розісланий «07» травня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради       І. С. Наглюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Транспортні системи, технології, машини, шляхи сполучення та багато інших підсистем та ланок, що забезпечують надання транспортних послуг населенню та організаціям, можна визначати як багаторівневу транспортну інфраструктуру. Вона повинна забезпечувати всі потреби мешканців міст та регіонів, а також виробничих організацій у пасажирських та вантажних перевезеннях.

Зараз склалася ситуація, коли практика створення сучасних автомобільних приладів та пристроїв, агрегатів та систем  випередила теорію інформаційного аналізу та синтезу транспортних систем. Існуючі окремі рішення з інформаційного забезпечення автомобільного транспорту потребують узагальнення, стандартизації та уніфікації, визначення нових спеціальних вимог до створення комп’ютерних обчислювальних систем та мереж на транспорті. Необхідність теоретичного обґрунтування таких систем випливає з розрізненості  наукових досягнень автомобільної телематики, мехатроніки та синергетики. Це ускладнює створення технічних умов самоорганізації елементів комп’ютерних систем та мереж на транспорті. 

У зв’язку з постійним інформаційним розвитком суспільства та його промислової складової нові транспортні системи і машини досягли високого інформаційного рівня досконалості. Відповідно з’явилося нове протиріччя між стрімким розвитком засобів та методів інформатизації складних об’єктів і систем та гетерогенним характером існуючих підсистем та ланок транспортного комплексу. Вирішення цього протиріччя дозволить на всіх рівнях транспортної інфраструктури поліпшити обслуговування мешканців міст і регіонів, удосконалити перевізні процеси, уникнути існуючих негативних впливів: збої в організації руху, незадовільний стан шляхів сполучень, нераціональне використання коштів, що виділяються на ремонт, експлуатацію та облаштованість транспортних маршрутів. Це буде сприяти підвищенню безпеки руху, покращенню якості транспортних послуг,  забезпеченню комфорту пересування людей та збереженню вантажу. Тому, необхідною та актуальною є розробка концепції інформаційного розвитку транспортних систем, яка спрямована на вирішення зазначеного протиріччя.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота відповідає Закону України «Про пріоритетні напрями розвитку науки i техніки», а саме розділу: “Новітні комп’ютерні засоби та технології  інформатизації суспільства”. Дисертація виконувалася у Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті згідно з Державною програмою «Інформаційні та комунікаційні технології в освіті і науці» на 2006–2010 роки, затвердженою Постановою КМУ від 7 грудня 2005 р. № 1153. Також, дослідження буде корисним для вирішення завдань Державної цільової науково-технічної програми впровадження і застосування грід-технологій на 2009–2013 роки, затвердженої Постановою КМУ від 23 вересня 2009 р. № 1020.

Результати дослідження отримані за планами та програмами виконання прикладних та фундаментальних наукових робіт за темами: № 09-53-01 «Теорія інформаційного аналізу та синтезу мехатронних систем на транспорті», номер держреєстрації 0101U005210, 2001–2003 рр. за галузевим замовленням МОН України відповідно до Закону України «Про пріоритетні напрями розвитку науки i техніки»,  розділ: «Новітні комп’ютерні засоби та технології  інформатизації суспільства» (виконавець); № 09-53-02 «Розробка  та  впровадження  комп’ютерної  системи збору, реєстрації і обробки результатів вимірювання показників рівності і зчепних якостей покриттів автомобільних доріг», номер держреєстрації 0102U004105, 2002–2003 рр. за замовленням Державної служби автомобільних доріг України (виконавець); № 76-01-03 «Автоматизована система диспетчерського управління та контролю громадського пасажирського транспорту», номер держреєстрації 003U004398, 2003 р. за замовленням міських органів самоврядування міста Дніпропетровська (виконавець); № 09-53-04 «Методологія інтелектуального моніторингу руху наземних транспортних засобів», номер держреєстрації 0104U002050, 2004–2006 рр. за галузевим замовленням МОН України (виконавець); № Ф8/337-2004 «Інформаційний аналіз та синтез автомобільних мехатронних систем», номер держреєстрації 0105U002157, 2004–2005 рр. за галузевим замовленням МОН України згідно з розпорядженням Президента України від 30 вересня 2004 р. № 239/2004-рп. (науковий керівник); № 29-01-05 «Моніторинг технічного стану покриття автомобільної дороги державного значення М04 Київ – Луганськ – Довжанський», номер держреєстрації 0105U002673, 2005 р. за замовленням Луганського Дорпроекту (відповідальний виконавець); № 29-03-06 «Моніторинг технічного стану покриття автомобільної дороги державного значення М04 Київ – Луганськ – Ізварине», номер держреєстрації 0106U008829, 2006 р. за замовленням Донецькдіпродору; № 09-53-07 «Інтелектуальна технологія управління громадським пасажирським транспортом великих міст та регіонів України», номер держреєстрації 0107U001008, 2007–2009 рр. за галузевим замовленням МОН України (відповідальний виконавець); № ІТ/504-2007 «Методологія застосування GRID-технологій для проведення наукових досліджень у транспортному ВНЗ»,  2007–2008 рр. за замовленням МОН України згідно з Державною програмою «Інформаційні та комунікаційні технології в освіті і науці» на 2006–2010 роки (науковий керівник).

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є поліпшення інформативності та технологічності транспортних процесів. Досягнення поставленої мети здійснюється шляхом розв’язанням таких основних задач:

дослідження основних закономірностей впливу технічного розвитку транспортних машин, систем та технологій на удосконалювання транспортної інфраструктури міст та регіонів;

аналіз сучасних наукових методів та засобів для формування концепції інформаційного розвитку підсистем та ланок транспортних систем;

застосування телематики, мехатроніки та синергетики на транспорті;

визначення принципів створення єдиного інформаційного простору управління транспортними процесами та системами;

доведення вірогідності та доцільності інтелектуалізації транспортних технологій;

розробка на рівні дослідних зразків та прототипів телематичних автомобільних пристроїв автотранспортної лабораторії багатоцільового призначення та гетерогенної комп’ютерної системи обробки дорожніх даних;

визначення умов та вимог до втілення інформаційних ресурсів транспортних організацій до єдиного інформаційного простору комп’ютерних мереж транспортного комплексу міст та регіонів.  

Об’єктом дослідження є процес інформаційного розвитку транспортних систем. Предмет дослідження – телематика, мехатроніка та синергетика на транспорті.

Методи дослідження. Дослідження базується на методах аналогій, узагальнення та дискретної математики для визначення тверджень про закономірності інформаційного розвитку транспортних систем. Використані основні положення синергетики для обґрунтування впровадження мехатроніки й телематики у транспортних системах. Застосовані методи операторного та графічного опису складних об’єктів та систем для оцінки транспортних процесів. Елементи теорії штучних нейронних мереж (ШНМ), комп’ютерне моделювання, теоретичні основи автоматизації проектування мехатронних пристроїв та систем запропоновані для рішення задач інтелектуалізації транспортних машин, систем та шляхів сполучення. Візуальне моделювання, об’єктно-орієнтований підхід, GRID-технології лягли в основу тверджень про основні принципи та шляхи  створення єдиного інформаційного простору транспортних організацій.  

Основною гіпотезою дослідження є твердження про доцільність створення єдиного інформаційного простору для рішення транспортних задач.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що вперше:

розроблено нову концепцію інформаційного розвитку транспортних систем у єдиному просторі розподілених гетерогенних комп’ютерних мереж транспортних організацій, що відрізняється від існуючої практики локалізації їх наявних комп’ютерних ресурсів;

визначено нові принципи інтелектуалізації транспортних систем і технологій, які спрямовані на синергетичне об’єднання комп’ютерних  ресурсів усіх учасників дорожнього руху – від окремої транспортної машини до корпоративного рівня транспортної організації;

науково обґрунтовано та доведено доцільність створення і використання мобільних транспортних лабораторій універсального призначення для вирішення проблем організації руху і розвитку транспортної інфраструктури на регіональному та місцевому рівнях. Ці лабораторії не мають аналогів у галузі управління транспортними системами;

удосконалено методи узагальнення результатів аналізу та синтезу транспортних процесів та систем;

отримало подальший розвиток застосування системного підходу, завдяки врахуванню умов самоорганізації інформаційного простору транспортних систем.

Практичне значення отриманих результатів. Впровадження та апробація запропонованих теоретичних рішень, їх перевірка на прикладі створення прототипів та експериментальних зразків транспортних лабораторій поряд із  моделюванням єдиного інформаційного простору транспортних організацій довели технічну й економічну ефективність концепції інформаційного розвитку транспортних систем.

Використання результатів дослідження дозволяє стверджувати про підвищення ефективності пересування пасажирів та вантажів завдяки зменшенню тривалості поїздок до 18% та поліпшенню використання вартісних і матеріальних ресурсів, які виділяються на експлуатацію й удосконалення відповідної транспортної системи, майже до 15%.

Універсальна мобільна транспортна лабораторія (УМТЛ), яку розроблено як прототип інтелектуального транспортного засобу, пропонується для застосування в задачах автоматизації та раціонального управління транспортними процесами в умовах великого міста. Прийняття рішень із застосуванням такої системи безперервного моніторингу стану транспортної мережі міста або регіону заміняє ручну працю цілої бригади спостерігачів.

Особистий внесок здобувача. Всі наукові положення і результати досліджень отримані автором самостійно. У колективних публікаціях особисто автором:

розглянута проблема та визначені шляхи вирішення та фізичної реалізації безперервного моніторингу динамічних характеристик колісних машин у монографії [2];

розроблені та практично апробовані шляхи створення автомобільних мехатронних систем та телематичних комплексів [20, 21, 22];

висловлені твердження та сформульовані принципи інтелектуалізації транспортних машин, систем та шляхів сполучення [23, 25, 33];

визначені методи створення та використання універсальних мобільних транспортних лабораторій [24, 29–32];

виконане обґрунтування втілення комп’ютерних ресурсів транспортних організацій до єдиного інформаційного простору транспортної інфраструктури міста або регіону [26–28].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на: 65–73-й науково-технічних та науково-методичних сесіях ХНАДУ (м. Харків, 2001–2009 рр.); міжнародній школі-семінарі «Перспективні системи управління на залізничному, промисловому та міському транспорті» (м. Алушта, Українська державна академія залізничного транспорту, 2002 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Досвід і проблеми сучасного розвитку дорожнього господарства України на етапі входження в європейське співтовариство» (м. Харків, ХНАДУ, 2002 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми розвитку транспортно-експедиційних послуг в Україні» (м. Харків, ХНАДУ, 2003 р.); міжнародній  науково-технічній конференції «Інформаційні технології в авіації» (м. Харків, Харківський інститут ВПС імені Івана Кожедуба, 2003 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Автомобільний транспорт у ХХІ столітті» (м. Харків, ХНАДУ,  2003 р.); 17-й Міжнародній науково-технічній конференції «Перспективні системи управління на залізничному, промисловому та міському транспорті» (м. Алушта, Українська державна академія залізничного транспорту, 2004 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні проблеми та перспективи розвитку дорожньо-будівельного комплексу України» (м. Київ, Український транспортний університет, 2004 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Наукові основи створення високоефективних землерийно-транспортних машин» (м. Харків, ХНАДУ, 2004 р.); міжнародних науково-технічних конференціях «Транспорт, экология, устойчивое развитие» (Болгарія, м. Варна, Технічний університет, 2005–2006 рр.); 20-й міжнародній науково-технічній конференції «Перспективні системи управління на залізничному, промисловому та міському транспорті» (м. Алушта, Українська державна академія залізничного транспорту, 2007 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Мехатроніка дорожніх будівельних машин»  (м. Харків, ХНАДУ, 2007 р.); IV міжвузівському науково-практичнму семінарі «Методичні аспекти застосування обладнання фірми LENZE у навчальному процесі і виробництві» (м. Харків, ХТУБА, 2008 р.); 11-й міжнародній науково-технічній конференції «Автомобільний транспорт: проблеми та перспективи» (м. Севастополь, СНТУ, 2008 р.); міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні засоби та технологія розроблення інформаційних систем» (м. Харків, ХНЕУ, 2008 р.), 1-й міжнародній науково-практичній конференції «Автомобіль та електроніка. Сучасні технології» (м. Харків, ХНАДУ, 2009 р.).

Дисертаційна робота повністю доповідалась на:

– спільному науковому семінарі кафедр транспортних технологій, транспортних систем, автомобільної електроніки та мехатроніки автотранспортних засобів ХНАДУ Міністерства освіти та науки України (м. Харків, 2009 р.);

міжнародному науковому семінарі державного підприємства Інституту машин та систем Національної Академії наук України (м. Харків, 2009 р.);

науковому семінарі кафедри колісних та гусеничних машин Національного технічного університету «ХПІ» Міністерства освіти та науки України
(м. Харків, 2009 р.);

- науковому семінарі кафедри спеціальних комп’ютерних систем Української державної академії залізничного транспорту Міністерства транспорту та зв’язку (м. Харків, 2009 р.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у 2 монографіях, 26 статтях у спеціальних науково-технічних виданнях, які входять у перелік ВАК України, 2 тезах доповідей на наукових конференціях. Отримано 4-и патенти на корисні моделі.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, семи розділів, висновків, додатків, списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації становить 342 сторінки, у тому числі 3 додатки на 45 сторінках, 103 рисунки та 19 таблиць. Список використаних джерел налічує 259 найменувань на 28 сторінках.

Основний ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовані мета, задачі, об’єкт та предмет дослідження, описані застосовані методи дослідження та зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, визначені наукова новизна та практичне значення отриманих результатів, надано загальну характеристику роботи.

Перший розділ роботи присвячений проблемам інформаційного розвитку транспортних систем. Розглянуто застосування інформаційних та інтелектуальних технологій, мехатроніки та телематики на транспорті.

Різними аспектами цього питання, що пов’язані з інформаційним розвитком транспортних систем, займалися вчені Буслаєв А.П., Варфоломєєв В.М., Васильєв А.П., Воркут А.І., Гаврилов Е.В., Горбачов П.Ф., Говорущенко М.Я., Далека В.Х., Доля В.К., Дрю Д., Загарій Г.І., Кременець Ю.А., Кузьмін Д.Е., Нагорний Є.В., Ніколаєв А.Б., Поліщук В.П., Приходько В.М., Прокудін Г.С., Ріхтер К.Ю., Сільянов В.В., Туренко А.М., Теленик C.Ф., Четверухін Б.М., Філіппов В.В. та інші. Аналіз їхніх досліджень дозволив виділити три послідовні етапи інформатизації транспортних систем:

виконання комп’ютерних обчислень для вирішення окремих складових проблем та задач транспортного типу;

створення галузевих автоматизованих систем управління рухом, транспортними підприємствами й організаціями, впровадження інформаційних технологій на транспорті;

обладнання транспортних засобів мехатронними вузлами, агрегатами та системами, розвиток транспортної телематики, інтелектуалізація транспортних машин, систем та шляхів сполучення.

Швидкий розвиток засобів та методів інформатизації складних об’єктів та систем, уніфікація і стандартизація рішень не узгоджуються з гетерогенним характером існуючих підсистем та ланок транспортного комплексу, його інформаційним забезпеченням. Розв’язання цього протиріччя полягає в інформаційному розвитку транспортної інфраструктури міст та регіонів. Він узгоджується із відомим законом розвитку напівпровідникової індустрії Гордона Мура та законом хвилеподібного переходу напрямів стандартизації й спеціалізації в електронній промисловості Тсугіо Макімото. Близьким за важливістю до цих законів можна визнати закон Джина Амдала про обмеження ефективності виконання обчислювальних процесів на розподілених комп’ютерних системах. У цьому напрямі сьогодні працюють  Буч Г., Кессельман К., Лістровий С.В., Фостер Я., Рамбо Д., Таненбаум Е., Шпаковський Г.І. та інші. Ці закони та практика використання розподілених систем є основою інтелектуалізації транспортних машин та систем, що знайшло своє відбиття у дослідженнях з телематики, мехатроніки та синергетики Александрова Є.Є., Алексієва О.П., Богомолова В.О., Власова В.М., Жанказієва С.В., Шалабаєва Є.В., Пржибила М., Світека М.,  Хакена Г.

Транспортна інфраструктура залежить та підпорядковується структурі телекомунікаційних зв’язків комп’ютерних систем, що забезпечують інформаційні послуги. Її основний компонент – телематика. Наслідком цього є необхідність застосування синергетичного підходу до вирішення проблем створення складних об’єктів та систем, які мають гетерогенний характер (рис. 1). Його відмінність від звичайного системного підходу полягає у необхідності урахування та використання механізму самоорганізації інформаційного простору транспортних систем.

Рис. 1. Синергетичний підхід

На рис. 2 наведено схему, що пояснює взаємозв’язок синергетичного об’єднання телематичних комплексів та мехатронних вузлів із інтелектуальними складовими транспортної інфраструктури. Такий зв’язок ґрунтується на стандартизації програмно-апаратних рішень та уніфікації інтерфейсів і протоколів передачі даних на засадах синергетики, телематики та мехатроніки.

 

Рис. 2. Співвідношення мехатроніки, телематики та синергетики

Мехатронні системи стали основною частиною транспортного середовища. Їх створення та розвиток відповідають процесам вдосконалення та оптимізації транспортної системи (ТС). Розглянемо інформаційний розвиток ТС, як перетворення Q існуючого стану транспортної інфраструктури (сукупності n змінних: k1(t), k2(t),…,kn(t)) до нової сукупності n змінних: q1(t), q2(t),…, qn (t). Прообрази ki(t) оператора Q – характеристики пересування у просторі та часі транспортних засобів, а qі(t)нова сукупність оцінок цього пересування. Кожна змінна нової сукупності є точкою, що визначає найбільш раціональну концепцію розвитку ТС. Тоді Q є таким оператором, що qі(t)=Q[ki(t), t], де ki(t) – динамічна функція, яка відповідає i-му об’єкту у досліджуваній системі незалежно від його специфіки. Інтерпретація qі(t) – ефективність роботи і-частини системи. Подання цього параметра не як продуктивності або пропускної здатності, а як ефективності узагальнює властивості розвитку транспортної системи. 

Припустимо, L – множина точок транспортної комунікації (шляху сполучення (ШС) у його лінійному уявленні), що складається з підмножин Lб, Lp, Lг відповідно зареєстрованих значень поточних параметрів швидкості руху, наповненості рухомої одиниці (РО) та ШС. Таким чином, L=LбLpLг. Відповідно стан рухомого об’єкта, процес його пересування в просторі L транспортного засобу і характеристики дорожнього середовища можна уявити, як суму трьох операторів S= S’ S’’ S’’’, де S, S’, S’’, S’’’– оператори перетворення спостережуваних динамічних процесів ki(t) (СДП) пересування РО у певний момент часу t (поточні характеристики РО, ШС).

Таким чином, створюється своєрідний ланцюжок від інформаційних приладів окремої транспортної машини, систем внутрішньої та зовнішньої транспортної телематики до потужних комп’ютерних систем на базі локальних обчислювальних мереж транспортних організацій, органів самоврядування та державних інформаційних систем на усіх рівнях світової Глобальної комп’ютерної розподіленої мережі. Відповідне сполучення та об’єднання комп’ютерних ресурсів забезпечує інформаційний розвиток транспортних систем (рис. 3).

Рис. 3. Складові інформаційного розвитку транспортних систем

Другий розділ присвячено науковим основам організації транспортних процесів та систем, їх математичному уявленню. В основу узагальнення оцінки  транспортних машин, систем, ШС та транспортних процесів (ТП) покладено механізм взаємодії транспортного засобу (ТЗ) та ШС, який слід вважати керованим процесом. Кожен ТЗ характеризується своїм поточним напрямком пересування й маршрутом руху. Визначення режиму пересування такого ТЗ відбувається на основі аналізу ситуацій на відповідному ШС, прогнозу умов руху та супроводжується формуванням керуючих впливів.

Аналіз транспортних процесів передбачає їх уявлення як послідовності дій учасників руху ТС, яку формально визначимо як множину T=ZK, де Z – засоби пересування, K – шляхи сполучення. Логічним продовженням такого узагальнення є використання інформаційно-логічної моделі (ІЛМ) транспортно-експлуатаційних параметрів.

На перше місце у керуванні транспортними процесами виходе сукупність дій осіб, що приймають рішення (ОПР) про організацію руху. Пересування окремого АТЗ теж підпорядковується відповідним діям ОПР (рис. 4).

Рис. 4. Транспортний процес

Рух окремого транспортного засобу визначається за результатами оцінки ШС та моніторингу стану ТЗ (рис. 5). Йому відповідає множина транспортно-експлуатаційних параметрів, які так чи інакше впливають один на одного.

Рис. 5.  Рух окремого транспортного засобу

Можна показати, що аналогічний висновок випливає із аналізу ІЛМ взаємозв’язку цих параметрів {di}. Відповідна матриця D відбиває змістовну складову моніторингу транспортного процесу. Якщо розглядати граф, вузлам якого відповідають параметри {di}, використані для оцінки складної автоматизованої системи, а дугам – зв’язки між ними, то оцінку аналізованої множини об’єктів можна виконати за їх структурною складністю Di:

,          (1)

де bij={1,0}, 1 – параметри зв’язані; 0 – параметри незв’язані.

За результатами розрахунку складності задач можна стверджувати, що для прийняття рішень необхідно з первинних параметрів оцінювати швидкість руху, геометрію дороги, її рівність і зчіпні якості.

Тоді комплексна узагальнена оцінка Ki стану частини транспортної магістралі або варіанта i маршруту руху АТЗ є середньозваженим коефіцієнтом:

,                    (2)

де  – обмірюване (розраховане і нормоване та зведене до єдиної системи відліку) значення параметра k по  ділянці дороги j, що входить в i-й маршрут;

     Lij – довжина дороги j на i-му маршруті;

     n – кількість параметрів, за якими ведеться оцінка альтернативних маршрутів руху. Індекси i, j, відповідно визначають: варіант маршруту, включену до маршруту дорогу та номер елемента.

Знаючи значення Ki оцінки множини альтернативних маршрутів, можна вибрати на основі теорії математичного програмування найбільш раціональний напрямок руху. Інтелектуалізація транспортних засобів і систем, створення спеціальної апаратури, що повинна забезпечувати рішення функціональних задач організації руху, нерозривно пов’язані зі схемотехнічними рішеннями в цій сфері та цифровою обробкою даних. Відповідний простий математичний опис такої обробки даних – лінійна система з постійними, яка є співвідношенням вхідної і вихідної послідовності x(n) та y(n) відповідно:

y(n)=Y [x(n), t],       (3)

де Y – оператор перетворення прообразу оператора x(n) в образ оператора y(n), визначені на множині n відкликів в області Т поточного часу t.

Слід зазначити, що в даному випадку Y:TТ, де Т – числова вісь, у відповідність якій ставиться час t. У загальному випадку Т – простір, на якому існують свої множини часових відкликів Ті зі своїм розрізненням у часі оТі, причому Ті = Т, але Ті = (пуста множина). У реальних системах одновимірне перетворення (3) трансформуються у двовимірні перетворення, а у більш загальному випадку – у багатовимірні перетворення послідовностей сигналів, що реєструються. Це є співвідношенням типу згортка:

,         (4)

де h(m) – відклик на одиничний стрибок або імпульсну характеристику відповідної системи реєстрації даних.

За аналогією з одновимірною лінійною системою для двовимірної системи з вихідною послідовністю y(n1, n2) і вхідною – x(n1, n2) справедливо:

,   (5)

де h(n1, n2) – імпульсна характеристика такої лінійної системи. Тоді:

      (6)

Відповідно можна навести операторний опис цієї оцінки:

,        (7)

де Yi – оператор k-вимірної лінійної системи цифрової реєстрації й обробки даних про стан транспортних засобів.

Для того щоб фізично реалізувати перетворення Yi, необхідним є виконання умов фізичної реалізації і стійкості створюваної системи моніторингу транспортного комплексу: y(n0) залежить тільки від x(n0), якщо nn0. Для відповідності системи вимогам стійкості необхідно передбачити, що .

На часовому просторі Т послідовності ti можуть належати зонам з різним часовим розрізненням. Так, транспортний засіб зі своїм часом існує в діапазоні Т1, водій і пасажир – Т2, а транспортна комунікація – Т3. Твердження T1 T2  T 3= T не завжди є справедливим. Можна визначити такий діапазон Т4 з Т, для якого:

           (8)

Слід брати до уваги, що прообрази СДП ТП є функціями часу. Оцінка q(t) транспортної системи в цілому (результат загального спостереження) визначається операторним співвідношенням:

q(t)=Q [h(l), t],       (9)

де h(l) – динамічна функція аргументу l, що визначається в часі t у часовому
просторі
Т3.

Оператор Р є оператором із пам’яттю, тому що в зазначеній постановці важливими є не тільки прості визначення або оцінка h(l) у точці l = li, що відповідає точці s = si та моменту часу tiT, але й аналіз ансамблю значень {x(t), y(t), z(t)} на множині звітів xj зі своєю «вагою» Мi або (у загальному випадку функції) коефіцієнта переваги. Процедура сканування ШС для l = li буде мати відповідний вигляд:

                   (10)

Для визначення метрики простору існування множини функцій, що реєструються, СДП х(t) слід розглядати у вигляді сукупності точок хi на числовій осі. Розглянемо, як система моніторингу (підсистема – «спостерігач») розрізняє ці точки, визначаючи процес зміни станів. Для будь-якої пари хi та хi (i  j) можна вказати такі величини , для яких значення хi стають невизначеними або втрачають свій фізичний зміст. Ця величина визначає поріг розрізнення станів, причому для конкретного елемента можна одержати безліч значень порогів розрізнення. Величина найменшого порогу визначає нижню межу надійного розходження двох значень СДП х(t) або їхнього існування. Ця величина – поріг розрізнення:

= inf sup (xi-xj), для всіх i j.

Слід відрізняти фізичне і споживче розрізнення. Точність перетворення даних характеризується «споживчим» порогом розрізнення y, a х(t) – «фізичним» порогом розрізнення х і характеризує чутливість системи. При цьому умова спостереження об’єкта (xi, xj)  y, тому що у протилежному випадку неможливо буде відмітити зміну стану процесу, який спостерігається.

Тоді графічно можна представити це перетворення у вигляді узагальненої схеми, що наведена на рис.6.

Рис. 6. Узагальнена схема оцінки стану транспортної системи

Слід визначити, що  завжди є така часова послідовність ti, протягом якої  вказівки «керуючого центру» I(t) відсутні і керуючий вплив U(t) формується автономно (на борту транспортного засобу) за оцінкою Q(t):

    (11)

Поряд з цим можна висловити твердження про те, що контроль вузлів, агрегатів та модулів транспортного засобу повинен виконуватися рівномірно лише в окремому випадку. Вимірювання та оцінку параметрів керованої ланки мехатронної системи, слід проводити в той час, коли вплив цієї ланки на роботу системи є найбільш відчутним.

З визначення інформаційного розвитку ТС як мехатронізації транспортних машин та систем, їх інтелектуалізації поряд із застосуванням технології X-by-Wire можна стверджувати, що транспортна машина або РО повинні стати своєрідною мережею – мережевим транспортним засобом (Network Vehicle). Відповідно за аналогією ТС включно з ШС являють собою технічний аналог нейронної мережі. Тому доцільно для розробки алгоритмів підготовки керуючих рішень на різних рівнях транспортної системи застосувати математичний апарат штучних нейронних мереж (ШНМ). З інженерної точки зору ШНМ – паралельно розподілені системи обробки інформації, утворені простими обчислювальними вузлами та мають властивість до накопичення експериментальних знань. Їх відмінною особливістю є наявність процедури навчання T. Таку процедуру можна представити як послідовність кроків: розрахунок результату; порівняння з точним значенням; вимірювання ваги; оцінка результатів перетворювань відповідно до досягнення потрібного рівня точності, а в негативному випадку повторення послідовності спочатку (розрахунок результату). Формально процедурі T відповідає система:

    (12)

У системі (12) наведені складові: xi – вхідний сигнал, де i = 1,2,…,n; wiвага для входу i; y – вихідний сигнал ШНМ; f – результат активації, аналіз входу з урахуванням ваги; с – оцінка функції активації для представлення результату перетворення даних. Слід зазначити, що діагностуюча нейронна мережа є засобом моніторингу стану відповідної РО.

Ефективність застосування ШНМ для рішення задач у транспортних системах пояснюється тим, що для таких, порівняно з існуючими у природі, систем характерна врівноваженість, здатність до відбудови, можливість самоорганізації, росту, розвитку, узгодженості всіх складових частин та наявність механізмів компенсації зовнішніх впливів.

Питання про оптимальну впорядкованість та організацію особливо гостро стоїть при дослідженнях глобальних проблем – енергетичних, екологічних та багатьох інших, що потребують залучення великих ресурсів. Тут немає можливості шукати відповідь методом проб та помилок, а «нав’язувати» системі необхідну поведінку є дуже складним завданням. Набагато доцільніше діяти, спираючись на знання внутрішніх властивостей системи, законів її розвитку. В такій ситуації значення законів самоорганізації, формування упорядкованості у фізичних, біологічних та штучних нейронних системах важко переоцінити. Синергетика як метод стає інструментом пошукової діяльності. Вона виходить далеко за межі вузької спеціалізації при застосуванні загальних теоретичних моделей складної поведінки. Самоорганізація – одне з ключових понять синергетики. В аспекті утворення – це означає самоутворення. Відповідно найкраще керування – це самокерування.

Третій розділ присвячено теоретичному обґрунтуванню інформатизації транспортних організацій. Інформація у транспортних системах існує у різному цифровому уявленні та графічному й мультимедійному вигляді. Цьому уявленню відповідає просторово-часове існування цифрового контенту. Інформаційна взаємодія користувачів відповідної ІТ-інфраструктури транспортних організацій основана на електронному документообігу на рівні локальної (LAN) або глобальної мережі (WAN) із виходом до Іnternet. Розгляд властивостей цієї взаємодії потребує врахувань як сукупної продуктивності вузлів відповідної мережі, так і фінансових витрат на забезпечення відповідних енергоресурсів та сервісного обслуговування. Тому застосування та використання єдиного інформаційного простору транспортних організацій потребує оптимізації багатокритеріальної мережевої системи. Найбільш привабливою для такої оптимізації є концепція web 2.0, що є логічним продовженням розвитку колективного користування ресурсами Internet. Застосування технологій web 2.0 знімає потреби у програмуванні як для виконання задач обробки інформації відповідного електронного документообігу, так і при створенні учасниками руху своїх особистих web-ресурсів. Однак обчислення та рішення задач для транспортних додатків потребують наявності потужних комп’ютерних систем.

Вирішення проблеми апаратного забезпечення продуктивних обчислень можливо за рахунок отримання «додаткових» ресурсів на базі існуючих великих комп’ютерних систем та корпоративних мереж за рахунок застосування новітніх  GRID-технологій. Ці технології надають засоби для організації єдиного обчислювального середовища у гетерогенних розподілених системах. Особливість формування єдиного інформаційного простору з використанням GRID-технологій полягає не тільки у технічній організації розподілених обчислень гетерогенного середовища, але й у створенні певної соціальної структури, до якої залучаються користувачі цієї системи – учасники руху.

Тому GRID є організаційно-технічною системою, що має високий рівень автоматизації. Операторне уявлення вузла такої системи можна представити, як

hi()=H[hx(t),hy(t),hz(t),],         (13)

де hi() – динамічна функція, що відповідає процесу функціонування i-го об’єкта в досліджуваній системі на часовому інтервалі .

Під об’єктом у (13) слід розуміти логічний і - вузол LAN. Реальна інтерпретація hi(t) – продуктивність (навантаження) або пропускна здатність вузла GRID, якій відповідає система змінних: x(t) – навантаження логічних (фізичних) вузлів LAN; y(t) – ємність пам’яті вузлів LAN; z(t) – пропускна здатність вузлів LAN.

На рис. 7 наведено графічну інтерпретацію, що пояснює процеси перетворення даних, їх реєстрації та передачі.

Рис. 7. Операторна схема перетворення даних вузлами LAN

Впровадження GRID-технологій надає не просто інформаційну систему, а своєрідний інтелектуальний регулятор, що поєднує переваги систем програмного керування із адаптивними системами, які працюють на основі синтезу керуючого впливу. Така інтелектуальна технологія управління рухом наземного транспорту великих міст та регіонів буде входити до простору WAN транспортної корпорації. Поряд з цим у неї будуть «занурені» локальні мережі різних транспортних організацій, що входять до відповідної корпорації (об’єднання).

Розглянемо, як визначати розвиток таких інтелектуальних систем, потужність комп’ютерних ресурсів транспортних організацій за умовами їх втілення до єдиного інформаційного простору транспортної інфраструктури міст та регіонів. Для цього застосуємо аналогію із розвитком біологічних популяцій.

Покладемо у відповідність складності великої обчислювальної системи кількість одиниць комп’ютерного обладнання в момент часу t через x(t). У початковий момент відповідна кількість є відомою: X(t0) = x0 . Припустимо, що придбання нового обладнання за проміжок часу від t до t+Дt пропорційне величині Дt і кількості комп’ютерних одиниць обладнання в момент часу t, загалом число B(t, t+Дt) відповідає придбаному обладнанню за проміжок часу (t, t+Дt) таким чином, що B(t, t+Дt) = б· x(t)·Дt, де б – коефіцієнт пропорційності. Фізичне старіння обладнання за проміжок часу від t до t+Дt також пропорційне величині Дt і кількості одиниць обладнання в момент t, тобто число M(t, t+ Дt) фізично застарілих одиниць за проміжок часу (t, t+ Дt) дорівнює M(t, t+Дt) = в·x(t)·Дt, де в – коефіцієнт пропорційності.

Будемо припускати, що моральне старіння веде до додаткового фізичного старіння та вилучення відповідних одиниць обладнання з мережі. Дати формалізований опис цього процесу, з урахуванням зазначеної вище аналогії, можна безліччю способів. Наприклад, згідно з запропонованою моделлю динаміки популяцій приймемо, що моральне старіння та вилучення відповідних одиниць обладнання з мережі за проміжок часу від t до t+Дt визначається формулою M1(t, t+ Дt) = г(x(t))2·Дt, де г коефіцієнт пропорційності морального старіння. Для визначених процесів розвитку гетерогенних комп’ютерних ресурсів можна формулювати:

x(t + Дt) = x(t) + б·x(t)·Дt – вx(t)·Дt  г(x(t))2·Дt.    (14)

Прийнявши б – в = k, k >0, г>0, Дt → 0, x(t0)= x0 , б=a/x1; в =b/x0; г =y/x0, одержуємо такий результат:

,             (15)

де a – це кількість придбаних нових комп’ютерів;

    b – кількість списаних комп’ютерів;

    y – кількість морально застарілих комп’ютерів;

    x0 – загальна кількість комп’ютерів за поточний рік;

    x1 – кількість комп’ютерів за наступний рік, що прогнозується;

    t – інтервал часу між наступним та поточним роками у місяцях.

Таким чином, можна визначити складність обчислювальної системи x(t) у будь-який час у майбутньому з урахуванням умови того, що відповідні коефіцієнти б, в, k, г мають не постійне значення, а є динамічними функціями на відповідному інтервалі часу. Таке ускладнення, збільшення масштабів та логічний розвиток комп’ютерної мережі є результатом логічного розвитку, синергетичної самоорганізації комп’ютерних ресурсів, що відповідає припущенню про «аналогію» та відповідність процесу розвитку гетерогенних комп’ютерних ресурсів динаміці біологічних популяцій. Обробка даних за співвідношенням (15) показала, що для розрахунку x(t) на будь-який рік необхідні дані за два попередні роки. Наприклад, якщо потрібно виконати розрахунок кількості комп’ютерів на 2010 рік, необхідно взяти повні дані за 2006 рік та загальну кількість у 2008 (рис. 8).

Рис. 8. Графік розвитку гетерогенних комп’ютерних систем:

 – реальні дані,  – прогноз

 Розвиток гетерогенних комп’ютерних ресурсів передбачає принцип «конкуренції» або «виживання» найбільш ефективних зв’язків згідно з властивостями самоорганізації. Слід зазначити, що можлива поява нового об’єднання комп’ютерів та інший розподіл завдань між окремими комп’ютерами. Особливо це важливо для вирішення проблем комп’ютерного забезпечення розвитку транспортної інфраструктури міст та регіонів. Такому аналітичному опису проблем розвитку комп’ютерних ресурсів у транспортних додатках відповідає його подальше візуальне моделювання.

Фізично  комп’ютерний ресурс транспортної системи це локальна мережа, що є сукупністю вузлів. Узагальнено кожний вузол формується на базі маршрутизатора. Його можна подати за допомогою візуальної моделі (рис. 9).

Візуальне моделювання забезпечує прозорість формального опису складних підсистем та ланок розподілених систем для користувачів як рівня персоналу ІТ-відділу, керуючої ланки транспортної організації, так і споживачів транспортних послуг. UML-модель вузла обчислювального середовища, що наведена як приклад використання сучасних засобів візуального моделювання, відбиває роботу трьох інтерфейсів.

Кожному інтерфейсу відповідає окремий екземпляр кортежу програмних модулів захисту від несанкціонованого доступу, які умовно позначено: «Red», «Green» та «Orange». Умовні позначення функцій захисту, передачі завдань та керування параметрами вузла відповідають синтаксису та семантиці мови UML.

Рис. 9. UML-модель вузла

На рис. 10 наведено відповідне формальне уявлення проходження завдань на рівні вузла обчислювальної мережі транспортного ситуаційного центру (ТСЦ).

Стан реальної обчислювальної мережі ТСЦ може бути відмінним за статичну візуальну модель. Її поточні параметри визначаються реальним навантаженням та умовами експлуатації. Для цього поряд з візуальним моделюванням необхідно постійно виконувати моніторинг поточного стану комп’ютерного ресурсу.

Рис. 10. Організаційно-технічна схема взаємодії споживачів транспортних послуг із ТСЦ

Основним принципом об’єднання UML-моделі та засобів моніторингу є їх спільна програмна реалізація. Результат моніторингу обчислювальних процесів у відповідному вузлі відбиває фізичне уявлення його навантаження (рис. 11).

Рис. 11. Завантаження вузла протягом року:

– вихідна інформація, – вхідна

Будь-які комп’ютерні ресурси організацій та підприємств, що мають стабільні тенденції до розвитку, мають і тенденції розвитку комп’ютерних ресурсів. ТСЦ координує використання цих гетерогенних розподілених ресурсів на основі застосування GRID-технології. Така технологія надає можливість застосування різноманітних ресурсів: обчислювальних, накопичення даних та комунікаційних. Звичайно таке об’єднання координується GRID-системою, а відповідна віртуальна мережа дозволяє технічно об’єднати розрізнені внутрішні GRID та кластери у єдиний інформаційний простір, яка координується вже єдиною GRID-системою, що надається користувачу як єдина віртуальна платформа.

Четвертий розділ присвячено застосуванню на транспорті телематичних пристроїв, приладів та систем. Висловлені принципи створення інтелектуальних транспортних систем і технологій, що спрямовані на синергетичне об’єднання комп’ютерних ресурсів усіх учасників дорожнього руху – від окремої транспортної машини до корпоративного рівня транспортної організації. Вони базується на тому, що автомобільна мехатронна система – спеціальна упорядкована множина телематичних пристроїв, які умонтовуються в автомобіль та забезпечують його транспортні властивості. Створення таких систем базується на технологіях X-by-Wire (провідна) та Wireless (безпровідна),  які забезпечують виконання управління транспортною машиною за допомогою комп’ютерної мережі. У ХНАДУ автором було створено таку телематичну систему для обладнання звичайного серійного автомобіля (рис. 12).

Рис. 12. Автомобільна телематична система транспортного засобу

Внутрішня автомобільна телематична система була розроблена та реалізована для виконання безперервного моніторингу дорожнього середовища за допомогою РО в умовах будь-якої транспортної системи. Основною процедурою є оцінка динаміки, прискорень та  реальної швидкості транспортного засобу:

    (16)

де С – постійна інтегрування;

   aX – вихідний сигнал давачів прискорень;

   Т – період корекції швидкості;

   VK – вихідний сигнал давача швидкості в момент корекції.

Дійсна швидкість автомобіля періодично корегується за інформацією від супутникового приймача GPS-сигналів. Часовий інтервал реєстрації даних визначається процедурою корегування у кожному випадку, коли за період часу Т зміна вихідного сигналу давача швидкості автомобіля не перевищувала V, а сигнал давача прискорень автомобіля не перевищував величини а.

Крім того, процедура корегування передбачає зміну постійної інтегрування С залежно від режиму руху, який визначається за сигналами, що надходять з давачів прискорення та від приймача GPS-сигналів. Постійні Т, V та а, а також діапазон змінювання постійної інтегрування С визначається емпіричним шляхом для кожного типу автомобіля.

Процедура перетворення та накопичення інформації про рух транспортного засобу передбачає реєстрацію інформації про прискорення чотирьох точок колісного транспортного засобу (над колесами) та обертання коліс, яка отримується з відповідних давачів прискорень та обертання. Сигнали з давачів інформації перетворюються в цифрову форму і вводяться до промислового комп’ютера для  первинної обробки інформації. Тут корисні сигнали вилучаються на фоні збурень за допомогою методів фільтрації та компенсації, а після цього на базі цих сигналів синтезуються інформаційні посилки з необхідною періодичністю.

Дані зберігаються у скороченій формі для подальшого обчислення рівності та зчіпних якостей доріг та у вигляді повного звіту, де наводяться всі зареєстровані параметри, наприклад: дата, час, координати, висота над рівнем моря й т.ін. В експериментальному зразку телематичної системи основним засобом обробки даних, що зареєстровані системою, є використання електронної таблиці. Одержані інформаційні посилки за допомогою мережевого підключення пересилаються в бортову ПЕОМ, де проводиться їх заключна обробка.

Під час цієї обробки інформації в ПЕОМ визначаються координати, радіуси поворотів дороги, азимут та довжина прямих вставок, повздовжні та поперечні ухили, рівність дороги, яка визначається кількістю поштовхів на один кілометр, та зчіпні якості дороги, які визначаються коефіцієнтом зчеплення з дорогою. Це дозволяє формувати базу даних вимірювань,  а також виконувати  їх візуальне відображення (рис. 13).

Рис. 13. Екранна форма реєстрації даних про динаміку руху ТЗ

Одержані геометричні параметри дороги, а також її рівність та зчіпні якості відображаються на екрані ПЕОМ у графічному або цифровому вигляді, а також реєструються у бортовому автоматизованому банку даних (рис. 14).

Рис. 14. Інтерактивна процедура візуалізації даних про стан середовища руху

Обладнання транспортного засобу таким телематичним комплексом дозволяє вирішити завдання навігації та адаптації до умов руху, керування його вузлами та агрегатами. У цьому випадку можна висловити твердження про інтелектуалізацію транспортної машини та відповідної транспортної технології.

П’ятий розділ розглядає впровадження GRID-технології на транспорті. Здійснено вибір програмної платформи рішення транспортних задач для створення обчислювального кластеру ІТ-відділу транспортної організації. Застосування GRID дозволяє учасникам руху отримати доступ до обчислювальних потужностей та систем накопичення та управління даними не тільки транспортних організацій, але й продуктивних систем на рівні великого міста чи інших GRID-об’єднань  (рис.15).

Рис. 15. Узагальнена структура GRID-системи

GRID-технології виступають як забезпечення віртуального середовища широкого кола споживачів комп’ютерних ресурсів – учасників руху. GRID надає можливості координації використання гетерогенних географічно-розподілених ресурсів. Користувач такої великої розподіленої системи отримує єдину надійну та продуктивну платформу для обчислень і доступу до баз даних та знань, хоча надійність та продуктивність окремих складових системи може бути порівняно невеликою. GRID-системи впроваджуються на принципах: прозорості; віртуалізації; гнучкості; масштабованості; з’єднання користувачів з ресурсами; захищеності та надійності передачі та обробки інформації від окремої транспортної машини до відповідного ТСЦ.

Паралельне виконання процедур обробки даних при рішенні транспортних задач обмежено різною потужністю вузлів LAN та реальною швидкістю передачі інформації між ними. Прискорення обчислювальних процесів обмежується відомим законом Амдала. При застосуванні типового рішення на базі кластеру частина потужностей, що простоюють, використовується для зменшення часу відновлення системи. Багато організацій виділяють окремі фізичні машини під певний серверний додаток. У результаті на кожній з таких машин утворюється значний обсяг надлишкових ресурсів, що є оправданим тільки для порівняно невеликого часу пікових навантажень серверу. Моніторинг стану вузлів LAN транспортної організації показав, що до 70-85% потужностей комп’ютерних систем залишаються незадіяними. Тому застосування технологій віртуалізації дозволяє скористатися незадіяними IT-ресурсами організації.

Відкриті стандарти та розподіл завдань між окремими комп’ютерними системами забезпечують своєрідну рекуперацію резервів продуктивності. Для цього оптимальним є застосування технології MPI (Message Passing Interface) – інтерфейсу передачі повідомлень у розподілених системах. Це спрощує програмування паралельних обчислювальних процесів. Як приклад можна розглянути типову структуру MPI-програми:

void main (int argc, char **argv)  

         { … MPI_Init(&argc, &argv);

       MPI_Comm_Rank(MPI_COMM_WORLD, &my_id);

       MPI_Comm_Size (MPI_COMM_WORLD, &numprocs);

 … // Виконання паралельної частини процедури

       MPI_Finalize();  … }

За допомогою віртуалізації операційних систем можна запустити кілька ізольованих додатків на одній машині. При цьому застосування кластеру віртуальних машин дозволяє здійснювати балансування навантаженням фізичних систем та оптимально здійснювати перерозподіл ресурсів у разі виникнення пікових навантажень на окремому вузлі. Можна стверджувати, що застосування механізму віртуалізації комп’ютерних ресурсів дозволяє використовувати традиційні кластерні рішення для обчислення задач у гетерогенних обчислювальних середовищах транспортних організацій.

Експеримент з оцінки ефективності застосування MPI-технології для рішення задач у кластерній багатопроцесорній системі довів доцільність виконання оптимізації комп’ютерних ресурсів та відповідної інфраструктури транспортної організації навіть в умовах звичайної комп’ютерної мережі ІТ-відділу (табл.1).

Таблиця 1

Результати тестування кластерного рішення

Вузли

Робочі
проц
есори

Час роботи,

с

Ефективність

Прискорення

%

2

1

5509,19

-

-

3

2

2062,25

3446,94

62

4

3

1867,78

3641,41

66

5

4

1713,21

3795,98

69

6

5

1505,36

4003,83

73

7

6

1303,4

4205,79

76

Віртуалізація надає можливість застосування універсального програмного забезпечення на ресурсах, що мають гетерогенний характер. Вона менш ефективна за рішення на базі GRID-технологій. Це продиктовано накладними витратами самих застосунків віртуалізації. Однак, знаходячись у віддаленому філіалі чи в іншому місці, за наявності підключення до Internet користувач GRID-системи може отримати доступ до свого середовища за допомогою технологій віртуальної приватної мережі (Virtual Private Network, VPN). Під час пересилання даних у Internet, як правило, вони незахищені від несанкціонованого доступу. VPN-підключення дозволяє організувати безпечний обмін даними і тим самим розширити можливості захищеної мережі. Застосування технології віртуалізації мережевих ресурсів VPN дозволяє скоротити витрати, оскільки в цьому випадку безпечне підключення до приватної мережі здійснюється через загальнодоступну мережу Internet, а не за допомогою міжміських телефонних дзвінків або оренди приватного виділеного каналу зв’язку (рис. 16).

Рис. 16. Структура організації віртуального середовища користувача GRID-системи

Створення GRID-систем у транспортних організаціях для отримання додаткових комп’ютерних ресурсів з метою одночасного (паралельного) рішення складних обчислювальних задач повинно виконуватися з урахуванням прозорості, віртуалізації, сумісного використання, масштабування та інших принципів раціонального функціонування розподілених систем.

Поряд з цим впровадження організаційно-технічної GRID-системи має властивості стійкості, синергізму, збігу, узгодження та найбільшого впливу згідно з висловленими твердженнями. Для їх доказу наведемо такі визначення: S – структура; Sл – лінійна  структура; SI – інформаційна структура; Sм– матрична структура; (+/–) – означає введення (виключення) елементів; (→) – операція спрямованості передачі інформації, або підпорядкованості елементів;  ( ) – операція послідовності або формування груп елементів; P – елемент керування; U – елемент виконання; I – інформаційний елемент; q(t)  СДП; фіз, спож – фізичний і споживчий пороги розрізнення транспортних СДП.

Твердження 1: Будь-яке додавання елементів одного типу не змінює функції відповідної структури S:

           S(Р + Р; U + U; I + I) = S(Р; U; I).    (17)

Наслідок 1.1: властивість – «стійкості», що визначає структура S, існує тільки в тому випадку, якщо є хоча б один елемент Р та елемент U, а додавання елемента I не змінює якість об’єкта, вузла або модуля GRID- системи:

Sл = Р + U; SI = (Р  I)+U; Sм= (Р + U) +…+ (P + U) ...  (18)

Наслідок 1.2: властивість «синергізму» тип  і характеристики GRID-системи принципово не змінюються при доповненні, введенні в існуючу структуру ідентичних елементів:

S{[P + P = P]; [U + U = U]; [I + I = I]} = S (P; U; I ).   (19)

Наслідок 1.3: властивість – «збігу» GRID-системи потребує забезпечення збігу функціональної з організаційною структурою (кількість рівнів, підсистем і ланок є оптимальними тільки за цією умовою);

Твердження 2: GRID-cистема працює ефективно при однаковому фізичному і споживчому розрізненні СДП її підсистем і ланок за аналогією із відповідним збігом пропускної здатності послідовних ланцюгів інформаційної системи.

Наслідок 2.1: властивість «узгодження» передбачає, що керованість GRID-системи є окремим випадком умови ефективної роботи інформаційних багатошарових утворень, мереж та полягає в узгодженні пропускної здатності складових їхніх рівнів – шарів i особливостей співвідношення порогів розрізнення:

i = i+1,                             (20)

де i  фіз., а i+1  спож.

Наслідок 2.2: властивість «найбільшого впливу», яка полягає у твердженні, що контролювати керовані вузли та структурні елементи ланок GRID- системи слід в моменти часу tk = ti, в яких вплив цієї ланки на роботу системи на інтервалі часу T СДП досягає найбільшого значення:

для  tk = ti   q(t)/  t  max  q(t)/  t  при ti T.    (21)

Шостий розділ розглядає синергетичне об’єднання різних транспортних засобів, систем та комп’ютерних ресурсів для підвищення рівня інформаційного забезпечення транспортних систем. Це об’єднання ґрунтується на раціональному сполученні програмних, апаратних і математичних засобів для створення мехатронних систем на транспорті.

Висловимо твердження, що зміна функціональних та кількісних характеристик складових частин, вузлів або агрегатів транспортних машин не надає значного впливу на удосконалення їхніх конструктивних особливостей. Тому для створення концептуальних автомобілів, транспортних роботів важливими є моделі, які відрізняються не кількісними, а якісними характеристиками.

Відомий закон Мура та принцип Макімото слід розглядати як частковий випадок більш загального принципу синергетичного об’єднання складних об’єктів та систем. Слід визначити цей принцип як – невпинний розвиток. Логічним продовженням цього принципу є принцип інтелектуалізації – додання транспортній системі властивостей розумної поведінки. У табл. 2 наведено результати аналізу співвідношення рівня спеціалізації та уніфікації рішень щодо створення мехатронних систем на автотранспорті на прикладі розвитку елементної бази пересувних транспортних лабораторій (ПТЛ) та автомобільних телематичних комплексів (АТК).

Таблиця 2

Розвиток елементної бази

Мікропроцесор

Рік

Кількість

транзисторів

Співвідношення уніфікації та спеціалізації

Модифікація

автомобільних БОК

Застосування бортової ЕОМ

4004

1971

2,300

Універсалізація

Пересувна транспортна лабораторія: ПТЛ-Траса

Централізована система обробки даних

8008

1972

2,500

8086

1978

29,000

Intel 286

1982

234,000

Спеціалізація

ПТЛ ІОК-ХАДІ на базі

мікроЕОМ

Автономна
с
истема на базі ЕОМ Д3-28

Intel 386

1985

275,000

Intel 486

1989

1,200,000

Pentium

1993

3,100,000

Універсалізація

ПТЛ ІОК-ХАДІ на базі ПЕОМ типу IBM PC

Автономна
с
истема на базі notebook

Pentium II

1997

7,500,000

Pentium III

1999

9,500,000

Pentium 4

2000

42,000,000

Спеціалізація

ПТЛ КС-ОЯП на базі промислового комп’ютеру

Телематична система на базі PC/104

Core 2 Duo

2006

291,000,000

Універсалізація

Автомобільний телематичний комплекс

Розподілена обчислювальна мережа

Основною властивістю таких мехатронних систем, що підтверджує принцип невпинного розвитку, є співвідношення між спеціалізацією, уніфікацією та універсалізацією систем, вузлів та агрегатів транспортних засобів. Прототипом своєрідного інтелектуального засобу є універсальна мобільна автотранспортна лабораторія (УМТЛ), що створена для доведення вірогідності зазначених вище тверджень та принципів (рис. 17).

Рис. 17. Структурна схема обладнання УМТЛ

Загалом, розвиток будь-якої транспортної системи базується на отриманні даних для формування динамічного банку відомостей про її попередній та поточний стан. Формування таких відомостей повинна забезпечувати інтелектуальна система моніторингу, що є аналогом порівняно простих систем опитування мешканців міст та регіонів, що охоплені транспортною інфраструктурою. Це є задачами, які вирішує транспортний ситуаційний центр (ТСЦ) за допомогою УМТЛ (рис. 18).

Рис. 18. Задачі, що вирішуються ТСЦ

Інформаційному розвитку транспортної інфраструктури  відповідають чотири рівні синергетичного об’єднання транспортних машин, систем та їх програмно-апаратних засобів керування ТП:

– мехатроннні модулі автотранспортних машин або інформаційно-керуючі автомобільні вузли та агрегати;

– телематичні системи, що дозволяють комплексно вирішувати проблеми просторово-часової орієнтації автотранспортних засобів;

– інтелектуальні транспортні технології, які забезпечують керування транспортними потоками та підтримують відповідний рівень сучасної транспортної інфраструктури міст чи регіонів;

– логістичні транспортні комплекси, в яких елементи, що керуються, є інтелектуальними транспортними засобами.

Таким чином, в індустрії інтелектуальних транспортних технологій не може бути обмеження процесу інформаційного розвитку. Підвищення ефективності та продуктивності практично всіх засобів обчислювальної техніки – від універсальних ЕОМ до промислових комп’ютерів – може бути досягнуто за рахунок створення єдиного інформаційного простору транспортних організацій, який об’єднає, як окремі транспортні засоби, ТСЦ та безпосередніх учасників руху.

У сьомому, заключному, розділі підводяться підсумки дослідження та визначається концепція інформаційного розвитку транспортних систем на базі мехатроніки, телематики та синергетики. Основним напрямом концепції є організація єдиного інформаційного простору у середовищі інтелектуальних транспортних технологій та систем. Створення такого інформаційного простору транспортних організацій полягає у застосуванні синергетичного підходу, узагальнення, методу аналогій та забезпечується:

використанням системи мобільних диспетчерських пунктів, якими є мобільні транспортні лабораторії, призначені для реєстрації місця розташування рухомих одиниць, їх заповнення та стану відповідного середовища руху (дорожньої обстановки на відповідному маршруті), що повинно значно прискорити втілення новацій з управління транспортними системами та відповідно зменшити витрати на їх реалізацію;

створенням універсальної мобільної транспортної лабораторії (УМТЛ), яка забезпечить рішення проблеми оптимізації маршрутної мережі, що надалі буде одним із завдань спостереження за задоволенням потреб мешканців міста у транспортному обслуговуванні; УМТЛ стане не тільки засобом оперативного вирішення проблем управління та розвитку громадського пасажирського транспорту (ГПТ), але й інструментальним засобом розробки та впровадження нової інтелектуальної транспортної технології управління ГПТ міста або регіону;

автоматизацією та інтелектуалізацією транспортних систем, машин та комунікацій, застосуванням новітніх інструментальних засобів: технології X-by-WIRE, супутникових навігаційних систем, промислових комп’ютерів та інтелектуальних давачів та готових програмних рішень.

Можна узагальнити визначені твердження у вигляді послідовності принципів створення телематичних систем із урахуванням умов їх автоматизації та інтелектуалізації (рис. 19).

Рис. 19. Вимоги до умов розвитку транспортних систем

Окремим рішенням інформатизації роботи усіх транспортних організацій  є комплексний розвиток та управління рухом усіх видів ГПТ міста (автобус, трамвай, тролейбус). Він полягає у безперервному моніторингу РО на відповідних маршрутах та прийманні рішень щодо їх перерозподілу. У перспективі можна протягом двох років створити нову гнучку комп’ютеризовану систему управління ГПТ великого міста. Відповідний проект базується на твердженні, що усі РО транспортної системи є джерелом інформації про відповідні перевезення. Однак одні з них є активними РО (АРО), що виконують реєстрацію даних про стан інших «пасивних» РО. Можна визначити час t, протягом якого АРО отримує інформацію про всі РО на маршруті:

                                                   t = f (l, n, m, V1 ,V2),              (22)

де  n – кількість РО на маршруті; l – довжина маршруту; V1швидкість АРО; V2швидкість потоку РО; m – кількість зупинок. Процедура f перетворення даних залежить як від значень цих параметрів, так і від специфіки маршрутів, їх просторової конфігурації (рис. 20).

Рис. 20. Просторова конфігурація окремих маршрутів, де АРО:

а безперервно рухається зі швидкістю V у назустріч потоку РО;

б рухається у складі потоку РО; в не рухається (знаходиться на зупинці)

Усі дані  передаються до ТСЦ, обчислювальні потужності якого основані на гетерогенних комп’ютерних системах транспортних організацій. Логічна структура LAN  ТСЦ створено за принципами віртуалізації, масштабованості, паралельних обчислень на основі MPI-технології та використання кластерних рішень. УМТЛ, АРО, ТСЦ та комп’ютерні ресурси учасників руху об’єднуються до єдиного інформаційного простору розподілених гетерогенних комп’ютерних мереж транспортних організацій. У якості фізичної реалізації такого простору виступає розподілена система управління транспортним комплексом (рис. 21).

Рис. 21. Єдиний інформаційний простір. Технічна реалізація

У цій системі достатньо обладнати тільки обмежену кількість РО засобами реєстрації даних, а інші (пасивні) повинні мати ідентифікатор, наприклад, транспондер. Для доведення цього твердження створено прототип обладнання АРО.

Відмінною рисою телематичного комплексу АРО є як модуль просторово-часової орієнтації, так і системи відео спостереження транспортних та пасажирських потоків, моніторингу стану середовища руху. На першому етапі реалізації відповідного проекту джерелом інформації про стан транспортної системи може бути одна, або декілька УМТЛ, що виступає у ролі мобільного диспетчерського пункту, системи моніторингу маршрутної мережі та інструментального засобу апробації проектних рішень з створення внутрішньої та зовнішньої телематики РО. На рис. 22 наведено вигляд екрана бортового комп’ютера УМТЛ у робочому режимі реєстрації дорожніх даних.

Рис. 22. Робочий режим реєстрації даних

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу попередніх досліджень визначено протиріччя між стрімким розвитком засобів та методів інформатизації складних об’єктів та систем, їх  уніфікації  та гетерогенним характером існуючих підсистем та ланок транспортного комплексу, його інформаційного забезпечення.

2. Визначено методологію створення концепції інформаційного розвитку транспортних систем у єдиному просторі розподілених гетерогенних комп’ютерних мереж транспортних організацій на відміну від існуючого принципу локалізації їх наявного комп’ютерного ресурсу. Вона передбачає втілення розрізнених комп’ютерних ресурсів транспортних організацій до єдиного інформаційного простору. Завдяки доведеній у дисертації можливості використання існуючих гетерогенних комп’ютерних систем та Internet для автоматизації управління транспортом значно підвищується інформативність, технологічність, скорочується термін впровадження та як наслідок зменшення витрат на комп’ютеризацію підсистем та ланок транспортного комплексу (до двох разів порівняно з існуючими окремими рішеннями з автоматизації керування рухом).

3. Доведено істинність формальних висловлювань про необхідність синергетичного об’єднання комп’ютерних ресурсів всіх учасників дорожнього руху від окремої транспортної машини до корпоративного рівня транспортних систем. В основу об’єднання покладено застосування мехатроніки, телематики і синергетичного підходу до створення мережевих транспортних засобів. Використано основні положення нейроматематики, теорії операторів для оцінки умов руху, теорії управління розподіленими комп’ютерними ресурсами та GRID-технології обчислювальних процесів при рішенні транспортних задач.

4. Розроблено нові принципи спеціалізації, уніфікації рішень зі створення інтелектуальних транспортних систем, паралельного виконання обчислювальних процесів, які є логічним наслідком безперервного розвитку інформаційних ресурсів транспортних організацій. Для доказу справедливості розроблених принципів і гіпотези про доцільність єдиного інформаційного простору, шляхів вирішення проблеми інформаційного розвитку транспортних організацій створено прототип інтелектуального транспортного засобу як універсальної мобільної транспортної лабораторії (УМТЛ).

5. Науково обґрунтовано та доведено доцільність створення УМТЛ. Вона вирішує проблеми підготовки даних для прийняття рішень з організації руху та розвитку транспортної інфраструктури на регіональному та місцевому рівнях; замінює ручну працю цілої бригади спостерігачів за станом пасажирських і транспортних потоків і середовища руху транспортних машин і систем. Використання УМТЛ як пересувного диспетчерського пункту набагато зменшує витрати на створення стаціонарних центрів обробки дорожніх даних. Лабораторія є інструментальним засобом автоматизації спостереження за поточним станом автомобільних доріг та транспортних маршрутів.

6. Отримав подальший розвиток об’єктно-орієнтований підхід  до узагальнення результатів аналізу та синтезу транспортних процесів та систем. Запропоновано застосування візуального моделювання, що  спрощує підготовку програмних продуктів, підвищує вірогідність правильного прийняття рішень щодо обрання варіантів використання проприєтарного або вільного програмного забезпечення, вибору апаратних засобів комп’ютеризації в транспортних системах,  скорочує терміни попереднього визначення структури програмного комплексу.

7. Для концептуального обґрунтування принципів і шляхів інформаційного розвитку транспортних машин і систем розроблено різні прототипи мехатронних телематичних комплексів, призначених для безперервного моніторингу автомобілів, шляхів сполучення і транспортних систем. Розроблено ескізний проект і виконано апробацію рішень з управління громадським пасажирським транспортом міст і регіонів. Практична цінність досліджень автора роботи підтверджена актами впровадження в Харківському, Дніпропетровському, Донецькому і Луганському регіонах при виконанні держбюджетних і господарчих договірних тем за державним замовленням, замовленням обласних та місцевих органів самоврядування, грантами Президента і МОН України, завданнями Державної програми «Інформаційні та комунікаційні технології в освіті і науці».

8. Теоретичні положення про інформаційний розвиток транспортних систем стали основою викладання навчальних курсів «Автоматизація наукових досліджень на транспорті», «Моніторинг транспортних машин, систем та комунікацій», «Інформаційні технології на транспорті», «Мехатроніка транспортних засобів і систем» і викладені у 4-х навчально-методичних посібниках автора.

9. На підставі проведеного дослідження інформаційного розвитку транспортних машин та систем за останні роки розроблено різні модифікації мехатронних і телематичних комплексів, що призначені для безперервного моніторингу автомобілів, шляхів сполучення та  транспортних систем. Розроблені проекти та апробовані проектні рішення з удосконалювання управління транспортними машинами та системами. Вони є основою створення так званих нових Smart (думаючих) - технологій на автомобільному транспорті із застосуванням сучасних підходів до інтелектуалізації (автоматизації та комп’ютеризації) транспортних засобів і систем. Це розвиток концепції мережевого транспортного засобу – Network Vehicles, технологій Х-by-Wire та Wireless, телематики та мехатроніки на автомобільному транспорті. Доведено та розраховано, що впровадження їх  не тільки підвищує економічну ефективність пересування пасажирів і вантажів, а також зменшує тривалість поїздок до 18%, майже до 15% поліпшує використання вартісних і матеріальних ресурсів, що виділяються на експлуатацію та удосконалення транспортних систем. Застосування УМТЛ для вирішення проблеми автоматизації управління транспортом і диспетчеризації рухом в умовах великого міста (населення більше 1 млн. жителів) дає не менше 2 млн. грн. економії на рік (за рахунок спрощення автоматизації обладнання зупинок і транспортних засобів). Прийняття рішень із застосуванням системи інтерактивного моніторингу стану транспортної мережі міста або регіону замінює ручну працю цілої бригади спостерігачів. Це в умовах великого міста становить близько 100–120 тисяч гривень на одне обстеження.

 

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Алексієв В.О. Управління розвитком транспортних систем : монографія / В.О. Алексієв– Харків: ХНАДУ, 2008. – 268с.

2. Устойчивость колесных машин против заноса в процессе торможения и пути ее повышения / Подригало М.А., Волков В.П., Алексеев В.О. и др. ; под ред. М.А. Подригало. – Харьков : ХНАДУ, 2006. – 377 с.

3. Алексеев В.О. Динамическая модель и статистическая оценка принятия решений по восстановлению свойств сложных объектов и систем / В.О. Алексеев // Вестник Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета. – 1999. – Вып. 10. – С. 48–50.

4. Алексеев В.О. Автомобильная система информации универсального назначения / В.О. Алексеев // Автомобильный транспорт : Сборник научн. трудов. –  1999. – Вып. 3. – С. 84–86.

5. Алексеев В.О. Информационный анализ и синтез мехатронных систем / В.О. Алексеев // Вестник Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета. – 2000. – Вып. 12-13. – С. 199–201.

6. Алексеев В.О. Выбор инструментальных средств разработки микропроцессорных информационно-измерительных систем / В.О. Алексеев // Проблемы создания новых машин и технологий : Научн. труды Кременчугского  государственного политехнического университета. – 2000. – № 2/2000(9). – С.308–310.

7. Алексеев В.О. Сетевая модель управления электрическими системами транспортных средств / В.О. Алексеев // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті : Науково-технічний журнал. – 2000. – № 2(23). – С.29–31.

8. Алексеев В.О. Мобильный вычислительный комплекс для мониторинга среды движения / В.О. Алексеев // Автомобильный транспорт : Сборник научн. трудов. – 2002.– Вып. 9. –  С. 101–104.

9. Алексеев В.О. Мониторинг транспортных мехатронных систем / В.О. Алексеев // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті :
Науково-технічний журнал.
– 2002.– № 4, 5 (37). – С.80–82.

10. Алексієв В.О. Інформаційні засади створення мехатронних систем /
В.О. Алексієв //
Автомобильный транспорт : Сборник научн. трудов.– 2003.–
Вып. 13.– С. 297–300.

11. Алексієв В.О. Технічне забезпечення інтелектуалізації транспортних машин та систем / В.О. Алексієв // Вестник ХНАДУ : Сборник научн. трудов. – 2004. – Вып. 24. – С. 78–80.

12. Алексієв В.О. Мехатронізація транспортних машин та систем /  В.О. Алексієв // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво : Науково-технічний збірник. –  2004. –  № 71. – С.79–84.

13. Алексеев В.О. Интеллектуальный мониторинг дорожных машин / В.О. Алексеев // Вестник ХНАДУ : Сборник научн. трудов.– 2004. – Вып.27. – С. 201–204.

14. Алексієв В.О. Концептуальний аналіз автомобільних мехатронних систем / В.О. Алексієв // Автомобильный транспорт : Сборник научн. трудов.– 2005. – Вып. 16.– С. 321-323.

15. Алексієв В.О. Технологія X-by-WIRE та мехатронізація автотранспортних засобів / В.О. Алексієв // Вестник ХНАДУ : Сборник научн. трудов. – 2006. – Вып. 32.–  С. 120–122.

16. Алексієв В.О. Новітня GRID – технологія для вирішення задач дослідження мехатронних систем у автомобільно-дорожньому ВНЗ / В.О. Алексієв // Вестник ХНАДУ : Сборник научн. трудов. –  2007. – Вып. 38. – С.276–278.

17. Алексієв В.О. Концепція застосування GRID-технології на транспорті/ В.О. Алексієв // Бионика интеллекта : Научно-технический журнал. – 2008. – Вып. 2(69). – С. 67–72.

18. Алексієв В.О. Синергетичний підхід до розвитку гетерогенних комп’ютерних ресурсів / В.О. Алексієв// Вестник ХНАДУ : Сборник научн. трудов. –  2008. – Вып. 41. – С.33–35.

19. Алексієв В.О. Особливості застосування GRID-технологій у транспортному ВНЗ / В.О. Алексієв // Управління розвитком : Збірник наукових статей. – 2008. – №14. – С.8–9.

20. Алексеев В.О. О принципах разработки мехатронных систем транспортных средств / В.О. Алексеев, С.М. Костюченко, С.Н. Неронов,
Ю.М. Суярко //
Вестник Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета. – 2001. – Вып. 15-16. – С. 140–142.

21. Алексеев В.О. Особенности разработки программного обеспечения автомобильных бортовых вычислительных комплексов / В.О. Алексеев, С.М. Костюченко, Ю.М. Суярко // Автомобильный транспорт : Сборник научн.
трудов.
– 2001. – Вып. 6. – С. 103–105.

22. Алексеев В.О. Система управления мехатронными объектами на основе самоорганизующейся нечеткой модели / В.О. Алексеев, Е.В. Бодянский, В.В. Колодяжный // Адаптивні системи автоматичного управління : Міжвідомчий науково-технічний збірник. – 2001. – № 4(24). – С. 17-23.

23. Алексеев В.О. Интеллектуальная технология организации движения транспортных средств / В.О. Алексеев, С.М. Костюченко // Автомобильный транспорт : Сборник научн. трудов. – 2002. – Вып. 10. – С. 98–100.

24. Алексеев В.О. Измерительный комплекс для оценки динамических свойств гоночного автомобиля формулы 1600 / В.О. Алексеев, А.В. Ужва // Автомобильный транспорт : Сборник научн. трудов. – 2001. – Вып. 7-8. – С. 212–213.

25. Алексієв В.О. Принципи інтелектуалізації моніторингу транспортних засобів та систем /  В.О. Алексієв, В.О. Хабаров, О.В. Дзюбенко // Автомобильный транспорт : Сборник научн. трудов. – 2007. – Вып. 20. – С. 143–145.

26. Алексієв В.О. Створення GRID-технології / В.О. Алексієв, С.М. Неронов, В.П. Табулович // Автомобильный транспорт : Сборник научн. трудов. – 2008. – Вып. 23. – С. 166–169.

27. Богомолов В.О. Проблема створення єдиного інформаційного простору транспортних організацій / В.О. Богомолов, В.О. Алексієв // Автомобильный транспорт : Сборник научн. трудов. – 2009. – Вып. 25. – С. 222–225.

28. Богомолов В.О. Концептуальне обґрунтування та синергетичний підхід до розвитку транспортних систем  / В.О. Богомолов, В.О. Алексієв // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті : Науково-технічний журнал. – 2009. – № 5(78). – С.59–63.

29. Пат. 55591 А Україна, МПК7 E01C23/07. Пристрій для моніторингу автомобільних доріг / Сєріков С.А.,  Алексієв В.О., Костюченко С.М.; заявник та патентовласник Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет. – № 2001106697; заявл. 01.10.2001 ; опубл. 15.04.2003. Бюл. №4.

30. Пат. 51110 А Україна, МПК7 G08G1/00. Пристрій для вимірювання швидкості автомобіля / Сєріков С.А.,  Алексієв В.О., Костюченко С.М.; заявник та патентовласник Харківський національний автомобільно-дорожній університет.– № 2002010132; заявл. 03.01.2002 ; опубл. 15.11.2002. Бюл. №11.

31. Пат. 32142 U Україна, МПК(2006) G01C7/00, G01C23/00. Комп’ютеризований мобільний комплекс для оцінки якості покриття автомобільних доріг / Алексієв В.О., Гурко О.Г., Дзюбенко О.В., Хабаров В.О.; заявник та патентовласник Харківський національний автомобільно-дорожній університет. – № u200713053; заявл. 26.11.2007 ; опубл. 12.05.2008. Бюл. №9.

32. Пат. 38742 U Україна, МПК(2006) G01C23/00. Система для визначення просторово-часової орієнтації автотранспортних засобів / Алексієв В.О., Гурко О.Г.; заявник та патентовласник Харківський національний автомобільно-дорожній університет. – № u200805769; заявл. 05.05.2008 ; опубл. 12.01.2009. Бюл. №1.

33. Алексієв В.О. Інформаційна технологія моніторингу автомобільних доріг /  В.О. Алексієв, С.А. Серіков, С.М. Костюченко // Опыт и проблемы современного развития дорожного комплекса Украины на этапе вхождения в европейское сообщество : Материалы международной научной конференции.–Харьков.– 2002.– С.11–13.

34. Алексеев В.О. Интеллектуальные транспортные средства в системах управления движением / В.О. Алексеев // Транспорт, экология – устойчивое  развитие : Сборник докладов. – Т. 11. - Варна, Болгария. – 2004. – С. 438–445.

АНОТАЦІЯ

Алексієв В.О. Концепція інформаційного розвитку транспортних систем. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.01 – транспортні системи. Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2010.

У дисертації визначено протиріччя між бурхливим розвитком засобів та методів інформатизації складних об’єктів і систем та гетерогенним характером існуючих підсистем та ланок транспортного комплексу. Розроблено концепцію інформаційного розвитку транспортних систем у єдиному просторі розподілених гетерогенних комп’ютерних мереж транспортних організацій. Визначено нові принципи інтелектуалізації транспортних систем і технологій, які спрямовані на синергетичне об’єднання комп’ютерних  ресурсів усіх учасників дорожнього руху – від окремої транспортної машини до корпоративного рівня транспортної організації. Обґрунтовано та доведено доцільність створення і використання мобільних транспортних лабораторій універсального призначення для вирішення проблем організації руху й розвитку транспортної інфраструктури на регіональному та місцевому рівнях.

Ключові слова: транспортна інфраструктура, інформаційний розвиток,  концепція, мехатроніка, телематика, синергетика, гетерогенні комп’ютерні системи.

АННОТАЦИЯ

Алексеев В.О. Концепция информационного развития транспортных систем. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.22.01 – транспортные системы. Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2010.

В диссертации определено противоречие между стремительным развитием средств, методов информатизации сложных объектов, систем и гетерогенным характером существующих подсистем и звеньев транспортного комплекса. Предложено решение этой проблемы на основе транспортных приложений мехатроники, телематики и основных принципов синергетического объединения всех составляющих транспортных систем.  Для этого разработана концепция информационного развития транспортных систем в едином пространстве распределенных гетерогенных компьютерных сетей транспортных организаций. Её реализация полностью обеспечит необходимой информацией всех участников движения, перевозочные процессы и на всех уровнях транспортной инфраструктуры улучшит транспортное обслуживание населения городов и регионов.

Создание концепции информационного развития транспортных систем основано на методе аналогий, инструментальных средствах обобщения и дискретной математики, основных положений синергетики, транспортных приложений мехатроники и телематики. Для оценки транспортных процессов  применены методы операторного и графического описания сложных объектов и систем. Рассмотрены задачи интеллектуализации транспортных машин, систем и путей сообщения с использованием  компьютерного моделирования, элементов теории искусственных нейронных сетей, теоретических основ автоматизации проектирования мехатронных устройств в транспортных системах. В работе получили развитие системный подход к обоснованию решений по совершенствованию транспортной инфраструктуры, визуальное моделирование локальных вычислительных сетей транспортных организаций. Показано насколько это упрощает подготовку программных продуктов, повышает вероятность правильного принятия решений по выбору вариантов использования проприетарного или свободного программного обеспечения, аппаратных средств компьютеризации в транспортных системах, сокращает сроки проектирования и создания программного обеспечения транспортных процессов.

Разработаны новые принципы интеллектуализации транспортных систем и технологий, которые направлены на синергетическое объединение компьютерных ресурсов всех участников дорожного движения от отдельной транспортной машины до корпоративного уровня транспортной организации. Основным является создание условий для логического и семантического согласования существующих информационных потоков в транспортных системах, их формализация и создание программно-аппаратных средств, которые обеспечивают это согласование c информационным пространством Internet.

Новые принципы, разработанные положения об информационном развитии транспортных машин и систем приведены в виде утверждений и их следствий. Для доказательства их истинности разработаны различные прототипы мехатронных телематических комплексов, предназначенных для непрерывного мониторинга автомобилей, путей сообщения и транспортных систем. Разработан эскизный проект и апробированы решения по управлению общественным пассажирским  транспортом городов и регионов. В этом проекте обоснована и доказана целесообразность создания, оборудования универсальных мобильных транспортных лабораторий (УМТЛ), разработан действующий прототип. Проведена его метрологическая экспертиза. УМТЛ целесообразно использовать  для решения  задач автоматизации и рационального управления транспортными процессами в больших городах и регионах.

Практическая ценность исследований автора работы подтверждена актами внедрения в Харьковском, Днепропетровском, Донецком и Луганском регионах при выполнении госбюджетных и хоздоговорных тем по государственному заказу, заказам областных автоуправлений, грантам Президента и МОН Украины, заданиям Государственной программы «Информационные и коммуникационные технологии в образовании и науке» на 2006–2010 годы.

Доказано, что внедрение результатов исследования не только повышает экономическую эффективность передвижения пассажиров и грузов, но и уменьшает длительность поездок до 18%, почти до 15% улучшает использование стоимостных и материальных ресурсов, выделяемых на эксплуатацию и усовершенствование транспортных систем. Применение УМТЛ для решения проблемы автоматизации управления транспортом и диспетчеризации движения в условиях большого города (население более 1 млн. жителей) дает не менее 2 млн. грн. в год экономии (за счет упрощения автоматизации оборудования остановок и транспортных средств). Принятие решений с применением системы интерактивного мониторинга состояния транспортной сети города или региона заменяет ручной труд целой бригады наблюдателей. Это в условиях большого города составляет порядка 100–120 тыс. грн. на одно обследование.

Ключевые слова: транспортная инфраструктура, транспортные гетерогенные компьютерные системы, информатизация, транспортные мехатроника и телематика.

ABSTRACT

V. Aleksiyev. The concept of transport systems informational development. Manuscript. Thesis for competition of scientific degree of Doctor of Technical Sciences, speciality 05.22.01 – transport systems. Kharkiv National Automobile and Highway University, Kharkiv, 2010.

The contradiction between the rapid development of information tools and techniques of complex objects and systems and the heterogeneous nature of the existing subsystems and parts of the transport complex is shown in the given work. The concept of transport systems informational development in a united space distributed heterogeneous computer networks of transportation organizations was developed. New principles of intellectualization of transportation systems and technologies that aim for the synergistic integration of computer resources to all road users from a separate transport vehicle to the corporate level of the transport organization were identified. The feasibility of creating and using mobile traffic laboratories universal purpose to solve the problems of traffic and transport infrastructure development at the regional and local levels was substantiated and proved.

Keywords: transport infrastructure, information development, conception, mechatronics, telematics, synergetics, heterogeneous computer systems.

Підписано до друку 05.05.2010 р. Формат 6084 1/16.  Папір офсетний.

Гарнітура Times New Roman Cyr . Віддруковано на ризографі

Ум. друк. арк. 2,3.

Зам. № 343/10. Тираж 100 прим. Ціна договірна

Видавництво

Харківського національного автомобільно-дорожнього університету

Видавництво ХНАДУ, 61200, Харків-МСП, вул. Петровського, 25.

Тел. /факс: (057)700-38-72; 707-37-03, e-mail: rio@khadi.kharkov.ua

Свідоцтво Державного комітету інформаційної політики, телебачення

та радіомовлення України про внесення суб’єкта видавничої справи

до Державного реєстру видавців, виготівників і розповсюджувачів

видавничої продукції, серія ДК №897 від 17.04 2002 р.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61382. Страна аппликации 4.58 MB
  Оборудование учителя: пакет наглядного пособия магниты рисунки репродукции аппликации набор для трудов. Зрительный ряд: зашифрованная тема плакат по теме урока репродукции рисунки плакаты аппликации ребус. Правильно страна аппликации.
61383. Аппликация со сложенными и согнутым деталями. Жемчужина в ракушке 18.39 KB
  А сегодня мы узнаем новый вид – объемная аппликация. Как вы думаете что это за аппликация Объемная аппликация это аппликация имеющая выступающие над плоскостью детали.
61385. Басни Крылова 24.46 KB
  Задачи: Образовательные: учить понимать особенности жанра басня; формировать умение выражать свои эмоции и впечатления при помощи выразительного чтения Воспитательные: привить интерес к басенному творчеству и урокам чтения...
61388. Разнообразие и значение ракообразных 22.41 KB
  Цель урока: познакомится с разнообразием и значением ракообразных в жизни человека. Тип урока: изучение нового материала.