Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБСЛЕДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В РАЙОНАХ ЛЕСОЗАГОТОВОК

Лобанов Ю. В., Кондрашова Е. В., Курьянов В. К.,

2.1 Программный комплекс информационно-аналитического обеспечения управления качеством автомобильных дорог

Работа действующих систем мониторинга автомобильных дорог сводится к обычному сбору информации и оперированию информацией. Это привело к поиску адекватных путей оценки состояния автомобильных дорог в районах лесозаготовок с целью эффективного управления их качеством. В этой связи перспективной представляется научное обоснование и разработка интеллектуальной системы управления состоянием автомобильных дорог на региональном и муниципальном уровнях, способов её эффективной эксплуатации.

В связи с недостаточным научно-методическим обеспечением и отсутствием надёжных организационных механизмов внедрения, результаты огромного объёма данных мониторинга состояния автомобильных дорог все ещё не находят оперативного применения, и не в полном объёме реализуются в практике управления состоянием автомобильных дорог в районах лесозаготовок.

Современные информационно-аналитические системы мониторинга автомобильных дорог находятся в состоянии развития, и, несмотря на разнообразие и широкий спектр мониторирования недостаточно разработаны методы и алгоритмы системного анализа структуры информации и характеристик информационных потоков, системы диагностирования как основы разработки программ адекватной профилактики.

Результаты многолетнего мониторинга состояния автомобильных дорог послужили основой для разработки информационно-аналитического сопровождения управления качеством автомобильных дорог.

Актуальность задачи создания комплексированной системы добывания, сбора и обработки разнородной информации о функционировании автомобильных дорог в районах лесозаготовок обеспечивает обширные возможности своевременного выявления уязвимостей и угроз (дефекты, разрушения и т.п.), моделирования работы и прогнозирования их состояния.

Основным практическим результатом работы программного комплекса (рис.2.1) является разработка инструментальных средств анализа управленческих решений, применение которого при рассмотрении задач многокритериального выбора в условиях взаимной зависимости критериев и наличия качественных оценок позволяет снизить трудоёмкость анализа и повысить научно-техническую обоснованность принимаемых решений.

Необходимо разработать методы и модели, являющиеся основой для развития алгоритмического обеспечения компьютерных систем, ориентированных на интеллектуализацию современных управляющих информационных систем региональных производственных объединений по строительству и эксплуатации дорог.

Основной целью внедрения программного комплекса является повышение эффективности принятия управленческих решений, обеспечиваемое за счёт:

- повышения оперативности управления. Достигается за счёт реализации функций сбора, поиска, предварительной обработки и передачи информации, оценки достоверности информации, решения логических задач;

- снижения трудозатрат лиц, принимающих решения, выполнение вспомогательных процессов. Достигается за счёт реализации функций, обеспечивающих выполнение информационных и расчётных процессов управления;

- повышение степени обоснованности решений. Достигается за счёт реализации математического аппарата анализа и прогноза развития ситуации.

Рис.2.1 Программный комплекс информационно-аналитического обеспечения управления качеством автомобильных дорог

В рамках реализации предложенной системы необходимо решить следующие фундаментальные задачи:

1. Формирование методики комплексной оценки качества автомобильной дороги с использованием интегральных показателей, позволяющих создать единую информационно-аналитическую модель состояния автомобильных дорог на региональном и муниципальном уровнях.

2. Разработка интеллектуальной (информационно-аналитической) системы как инструмента мониторинга, анализа и прогнозирования показателей состояния автомобильной дороги в виде законченного программного продукта.

3. Создание методологии оценки качества автомобильной дороги для совершенствования и оптимизации процесса принятия управленческих решений на основе имитационных и прогнозных моделей.

С позиций обработки информации программный комплекс выполняет следующие задачи:

1. Мониторинг информационного содержания, загрузку, ввод, накопление;

2. Службы информационного мониторинга;

3. Кластеризацию, систематизацию, отбор, атрибутивный и полнотектстовый поиск данных;

4. Ведение формуляров объектов мониторинга, источников информации, экспертных оценок, архивов сообщений и публикаций;

5. Хранение и отображение хронологической информации (множественных экземпляров данных об объектах учёта с привязкой ко времени);

6. Статистическую обработку количественных данных, анализ временных рядов;

7. Агрегацию данных в соответствии с определенными процедурами построения свёрток показателей;

8. Хранение и отображение координатно-привязанной информации с применением средств геоинформатики (геоинформационных систем);

9. Создание, хранение и отображение сетевых и сценарных моделей, их автоматическую генерацию по формальным критериям на основе выполнения пользовательских запросов;

10. Формирование типовых и произвольных отчётов.

Каждая крупная подсистема оснащена сервисными модулями, предназначенными для настройки и конфигурирования подсистем, программными интерфейсами, обеспечивающими подключение дополнительных модулей.

Подсистема хранения данных должна обеспечивать:

1. Ввод, хранение, модификацию, удалению, загрузку и выгрузку данных, резервное копирование и восстановление данных после сбоев.

2. Атрибутивный и полнотекстовый поиск данных, выполняемый средствами СУБД с применением информационно-поисковых языков (SQL).

3. Сохранение множественных, привязанных ко времени экземпляров данных об объектах учёта.

Подсистема обработки информации должна обеспечивать:

1. Статистический и корреляционный анализ временных рядов;

2. Построение сетевых и сценарных моделей функционирования системы «водитель-автомобиль-дорога-среда».

3. Построение прогнозных графов на основе комбинирования сценарных моделей с общими узлами состояний;

4. Интерпретацию результатов обработки в соответствии с правилами интерпретации ансамблей признаков;

Подсистема отображения информации должна обеспечивать:

1. Отображение информации в символьном (табличном, текстовом), графическом (диаграммы, графики, карты) и сигнальном режиме (аудио-сигналы, цвето-световая индикация);

2. Отображение координатно-привязанной информации на электронной карте местности.

Условиями эксплуатации должны предусматриваться следующие виды регламентных работ:

1. Контроль целостности и резервирования данных;

2. Диагностика целостности программных компонентов комплекса;

3. Диагностика системного и общего программного обеспечения.

Одной из важнейших компонент программного комплекса является автоматизированный банк дорожных данных (табл. 2.1).

Таблица 2.1 - Примерный состав банка дорожных данных

Общие данные по дороге	Интенсивность дорожного движения	Данные о дорожно-транспортных происшествиях	Ровность покрытия	Сцепные свойства покрытия	Прочность дорожной одежды	Лесополосы
Репер участка дороги	Водопропускные трубы	Дорожные знаки	Развязки	Границы (областей и др.)	Участки дорог в населенных пунктах	Ограждения
Дорожная одежда	Расстояние между километровыми знаками	Дефекты асфальтобетонного покрытия	Ремонтные работы	Примыкания и пересечения	Мостовые сооружения	Обочины
Тоннели	Реконструируемые участки дороги	Разметка проезжей части	Водоотвод	Элементы земляного полотна	Сигнальные столбики	Метеостанции

Существующие модели не отражают многообразия региональных особенностей формирования качества обследования автомобильных дорог. Данная система должна сочетать в себе свойства автоматизированных подсистем сбора и обработки информации, подсистем математического и имитационного моделирования, а также выступать в качестве инструмента поддержки процессов принятия управленческих решений (например, планирование ремонтных работ, распределение денежных средств и т.д.) (рис.2.2, 2.3, 2.4).

Рис.2.2 Подсистема математического моделирования

Рис.2.3 Основны этапы построения модели

Помимо перечисленных возможностей система должна обеспечивать импорт и вовлечение в процессы исследований информацию из внешних источников данных (банки данных) (рис. 2.5, 2.6).

Фрагмент базы данных может быть формально представлен в виде

, (2.1) где  S   - шаблон;

 - множество моделей, соответствующих решаемым в данной области задачам;

 - множество формализованных процедур формирования модели.

Математическая модель шаблона может быть представлена в следующем виде:

, (2.2) где 

 - множество элементов, являющихся шаблонами элементов модели;

 - отношение, задающее тип и силу (степень) связи между элементами;

 - набор критериев оценки альтернатив;

 - набор, компоненты которого характеризуют методику критериального оценивания альтернатив, элементов модели и связей, при этом компонент  характеризует методику оценивания по критерию , ;

 - множество шаблонов альтернатив, где каждый элемент  задает возможный шаблон альтернативы;

 - множество шаблонов иерархий и сетей.

Математическая запись этапа построения модели задачи на основе формализованных процедур может быть представлена в виде

, (2.3) где - подмножества исходных наборов;

 - выбор из множества шаблонов элементов, которые будут использоваться в модели задачи, на следующем шаге эти элементы будут разбиваться по группам: критерии, цели и т.д.; - выбор из множества связей тех, которые будут использоваться в модели задачи;

- выбор шаблона альтернативы в соответствии с поставленной задачей;

 - выбор подмножества критериев для оценки альтернатив и элементов рассматриваемой задачи;

- выбор методик оценки для рассматриваемой задачи.

Рис.2.4 Функциональная структура программного комплекса

Модель этапа постановки и формализации задачи:

 , (2.4) где    - цель задачи,

;  - множество альтернатив;

- множество элементов модели (цели и критерии различных уровней и т.п.);

- связи между элементами модели;

- набор критериев оценки альтернатив и элементов;

- набор, компоненты которого характеризуют методику критериального оценивания.

Рис.2.5 Основные этапы моделирования

Рис.2.6 Функциональная структура подсистемы «Принятие решений»

Модель этапа структуризации задачи может быть представлена следующим образом:

начало ,

окончание ,

 - набор формальных процедур, позволяющих выполнять оценку добавляемых альтернатив; его основным назначением является автоматизация изменений решающей модели при появлении новой альтернативы.

Требования к составу и параметрам технических средств уточняются по результатам макетирования программного комплекса. Требования к информационной и программной совместимости уточняются в ходе выполнения работ, в соответствии с научной концепцией организации и ведения работ по выявлению, анализу и прогнозированию состояния автомобильных дорог. При этом создание программно-аппаратных средств добывания, сбора и информационно-аналитической обработки данных производится на основе изыскания научно-технических путей автоматизации процесса добывания, сбора и информационно-аналитической обработки данных, поступающих из разнородных источников информации.

Такие изменения как: создание рабочего макета программного комплекса, анализ информативности признаков, чувствительности предложенных методов к вариациям региональных условий должны быть учтены при проектировании системы и включать следующие обязательные элементы:

- разработка требований к содержанию и протоколы обмена информацией со сторонними организациями, интеграция рабочего места программного комплекса с внешними источниками данных, отработка процедур импорта данных;

- разработка пользовательских интерфейсов для различных категорий пользователей (сотрудники подразделений мониторинга, конечные потребители).

Работа выполняется в два этапа:

1 этап исследования - разработка концептуальных подходов к обоснованию и формированию интеллектуальной системы управления (информационно-аналитического сопровождения), а также разработка комплексной методики оценки качества автомобильных дорог с использованием интегральных показателей.

На этом этапе были получены следующие результаты:

1. Систематизирована первичная информация и преобразованы данные из отраслевых регистров в стандартные формы;

2. Сформированы электронные таблицы по базовым показателям;

3. Сформированы интеллектуальные базы данных для динамического мониторинга состояния автомобильных дорог;

2 этап исследования - создание единой современной информационно-аналитической системы мониторинга на региональном и муниципальном уровнях.

На этом этапе получены следующие результаты:

1. сформированы интегральные показатели состояния автомобильных дорог;

2. разработана экономико-математическая методика анализа, моделирования и оценки показателей качества автомобильных дорог;

3. разработана картографическая визуализация полученных данных в виде «Электронного атласа состояния сети автомобильных дорог»;

4. разработан «Программный комплекс информационно-аналитического обеспечения управления качеством автомобильных дорог на муниципальном и региональном уровнях» в виде программного продукта.

Программный комплекс обеспечивает выполнение следующих функций:

- автоматизация сбора и хранение первичной информации;

- создание базы данных объективных и субъективных показателей состояния автомобильных дорог;

- формирование интегральных показателей;

- формирование экономико-математических методик моделирования и интеллектуального анализа и прогнозирования состояния автомобильных дорог;

- картографическая визуализация полученных данных в виде электронного атласа.

Программный комплекс позволяет с помощью интегральных показателей создать единую информационно-аналитическую модель мониторинга на региональном и муниципальном уровнях для управления качеством автомобильных дорог.

При разработке программного комплекса были реализованы следующие основные принципы:

- полнота отображения процессов, проходящих на территории автомобильной дороги, что определяется достаточностью набора наблюдаемых показателей;

- наличие оценок, характеризующих динамику изменения наблюдаемых показателей;

- своевременность, наглядность и информативность представляемой информации о состоянии автомобильных дорог.