авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Структурно-параметрический синтез систем управления дорожно-транспортной инфраструктурой

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МИХЕЕВА Татьяна Ивановна

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРОЙ

Специальность 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук

Самара 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА» (СГАУ)

кафедра информационных систем и технологий

Научный консультант:

Заслуженный работник

Высшей школы Российской Федерации,

доктор технических наук, профессор,

Прохоров Сергей Антонович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор,

Кораблин Михаил Александрович

доктор технических наук, профессор,

Кузнецов Павел Константинович

доктор технических наук, профессор,

Юсупова Нафиса Исламовна

Ведущая организация

Научно-производственный центр

информационных и транспортных

систем (НПЦ ИНФОТРАНС)

Защита состоится 9 ноября 2007 года в _____часов

на заседании диссертационного совета Д-212.288.03 при
Уфимском государственном авиационном техническом университете

по адресу: 450025 г.Уфа, ул.К.Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослан «____» _____________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д-р техн. наук, проф. Миронов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Успехи автомобилестроения последних десятилетий привели к «взрывному росту» автомобильного парка России, в значительной степени опережающего темпы дорожного строительства. В этой связи, серьезную научную проблему представляет создание систем автоматизированного управления транспортной инфраструктурой. Требуются принципиально новые подходы к созданию таких интегрированных систем, одновременно охватывающих массивы разнородных данных и обеспечивающих многоуровневое взаимодействие множества подчиненных сложных подсистем.

Объектом исследования в диссертационной работе являются системы управления транспортной инфраструктурой города, включающей в себя улично-дорожную сеть, технические средства организации дорожного движения и транспортные потоки. Создание интегрированных интеллектуальных транспортных систем (ИТС), как систем управления дорожно-транспортной инфраструктурой урбанизированной территории, позволит повысить уровень организации дорожного движения: улучшить характеристики улично-дорожной сети, усовершенствовать дислокацию технических средств организации дорожного движения, оптимизировать процесс управления транспортными потоками на всех фазах движения, уменьшая транспортные задержки, повышая безопасность движения.

Управление транспортной инфраструктурой крупных городов с применением технологий интеллектуальных транспортных систем все активнее используется в мировой практике организации дорожного движения. Укрепилась устойчивая тенденция дальнейшего совершенствования и внедрения таких систем, отдельные элементы которых реализованы в России. Вопросам разработки и исследования эффективности различных методов управления транспортными потоками (ТП), закономерностям их поведения на улично-дорожной сети (УДС) посвящены работы Д. Дрю, Х. Иносе, Т. Хамада, В. Сильянова, Ф. Хейта. В последние десятилетия в отечественной практике управления потоками на улично-дорожной сети города накоплен значительный опыт, научные и методологические основы которого обобщены в работах В. В. Зырянова, В. Т. Капитанова, Г. И. Клин­ковштейна, Ю. А. Кременца, М. П. Печерского, М. В. Яшиной и др.

В задачах повышения эффективности управления транспортной инфраструктурой все возрастающее значение приобретает исследование и учет системных связей. Многоаспектность представления транспортной инфраструктуры, как объекта системного анализа, является определяющей характеристикой ее сложности. Решение проблемы функциональной, институциональной и информационной интеграции гетерогенных подсистем интеллектуальной транспортной системы сдерживается из-за дефицита методов и инструментов, позволяющих приобретать, накапливать и использовать разнородные знания для построения адекватных моделей и решения на их основе всех видов задач управления транспортной инфраструктурой.

Базой для осуществления всех фаз обработки информации может служить методологическое и инструментальное оснащение объектно-ориенти­рованного анализа и проектирования (ООП) интеллектуальных транспортных систем на основе паттернов. ООП обеспечивает вариабельность процесса обработки информации и органичную поддержку автоматизированных эволюционных технологий исследований на моделях с коррекцией и пополнением знаний об объекте исследования за счет новых данных, получаемых в процессе эксперимента. Новые возможности открываются благодаря современным технологиям обработки информации, использующим идеи и методы искусственного интеллекта. В области теории и практики развития интеллектуальных информационных технологий накоплен значительный положительный опыт. В его приобретение, наряду со многими зарубежными (Д. Кнут, С. Осовский, Р. Шеннон и др.), существенный вклад внесли отечественные ученые В. И. Васильев, Г. А. Ивахненко, Б. Г. Илья­сов, М. А. Кораблин, Г. С. Поспелов, Д. А. Поспелов, С. А. Прохоров, Б. Я. Советов и др. Параллельно ведутся исследования в области объектно-ориентированного структурирования информации и разработки паттернов, отраженные в работах Г. Буча (G. Booch), Э. Гаммы (E. Gamma), Р. Хелма (R. Helm), Р. Джонсона (R. Johnson), Дж. Влиссидеса (J. Vlissides), Т. Бадда (T. Budd), У. Гренандера (U. Grenander), Б. Стра­уструпа (В. Straustrup) и др.

Таким образом, проблема разработки теоретической основы структурно-параметрического синтеза систем управления дорожно-транс­портной инфраструктурой, на основе функциональной, институциональной и информационной интеграции, обеспечивающих улучшение характеристик организации дорожного движения на урбанизированной территории, является актуальной и своевременной.

Целью диссертационной работы является разработка унифицированной среды для решения задач управления транспортной инфраструктурой, обеспечивающей улучшение характеристик организации дорожного движения, на базе формального аппарата формирования и интеграции разнородных знаний о предметной области, основанного на концепции объектно-ориен­тированного подхода с применением паттернов.

Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи:

  1. Провести анализ технологий и функций систем управления дорожно-транспортной инфраструктурой, сформулировать принципы интеграции ее элементов, систематизировать задачи и определить основные направления развития систем управления дорожно-транспортной инфраструктурой.
  2. Провести системный анализ функционирования дорожно-транс­портной инфраструктуры и разработать интегрированные модели, адекватно реализующие логику управления транспортной инфраструктурой урбанизированной территории.
  3. Разработать методы зональной модельной динамики транспортных потоков и построения динамических межобъектных взаимодействий на участках улично-дорожной сети, функционирующих в различных режимах.
  4. Разработать унифицированную основу для экспертного конструирования и исследования маршрутов, адаптируемых к состоянию транспортной инфраструктуры.
  5. Разработать методику структурно-параметрического синтеза системы управления дорожно-транспортной инфраструктурой на основе объектно-ориентированного анализа исходных данных, включая вопросы организации и обработки многоаспектной информации средствами современной вычислительной техники.
  6. Применить предлагаемую технологию синтеза для создания предметно-ориен­тированной среды моделирования и поддержки принятия решений для улучшения характеристик организации дорожного движения.
  7. Реализовать и внедрить полученные теоретические результаты в виде методик, алгоритмов и прикладного программного обеспечения на предприятиях и в учебном процессе.

Методы исследования. В качестве методологической основы работы использовались методы системного анализа, управления транспортными потоками, теории графов, искусственного интеллекта, имитационного моделирования, концепции объектно-ориентированного проектирования на основе паттернов, распространяющиеся на весь круг задач, связанных с разработкой инструментов синтеза и эксплуатации системы управления дорожно-транспортной инфраструктурой.

Основные научные результаты, полученные автором и выносимые на защиту:

  1. Теоретические и методические основы анализа и моделирования процессов транспортной инфраструктуры, включая формальную интерпретацию, логико-физические основы и общую формулировку задач, обеспечивающие построение интегрированных моделей систем управления дорожно-транспортной инфраструктурой.
  2. Модели структурно-функциональной организации транспортной инфраструктуры, представленные на основе концепций объектно-ориенти­рованного проектирования, аппарата теории графов, геоинформационных технологий, позволяющие строить рациональные варианты статических и динамических структур компонентов интеллектуальных транспортных систем.
  3. Методы зонального локального и координированного управления транспортными потоками в режимах свободного движения и близких к пропускной способности улично-дорожной сети, обеспечивающие сокращение транспортной задержки.
  4. Методы и алгоритмы построения транспортных маршрутов, адаптируемых к состоянию транспортной инфраструктуры, по различным критериям оптимальности.
  5. Паттерны, обеспечивающие структурно-параметрический синтез интеллектуальной транспортной системы, предназначенные для решения всех классов задач интеллектуальных транспортных систем, включая вопросы организации и обработки разнородной информации средствами современной вычислительной техники.
  6. Структура и программная реализация интеллектуальной транспортной системы на основе предложенных интегрированных моделей.
  7. Результаты экспериментальных исследований по оценке предложенных моделей, методов и компьютерной системы, подтверждающие их комфортность и эффективность.

Научная новизна результатов:

  1. Разработана теоретическая база создания нового унифицированного метода решения задачи структурно-параметрического синтеза систем управления дорожно-транспортной инфраструктурой урбанизированной территории, направленная на улучшение характеристик организации дорожного движения.
  2. Разработана интегрированная модель системы управления дорожно-транспортной инфраструктурой, обеспечивающая комплексное решение вопросов структурно-функциональной организации транспортной инфраструктуры с учетом разнородности ее компонентов.
  3. Предложен новый подход к моделированию динамической структуры исследуемых объектов, опирающийся на зональное описание динамических абстракций в специализированных паттернах.
  4. Предложен новый метод построения транспортных маршрутов, основанный на применении расширенной графовой модели, позволяющей проводить ее динамическую адаптацию к состоянию транспортной инфраструктуры.
  5. Предложена новая методика структурно-параметрического синтеза системы управления дорожно-транспортной инфраструктурой и ее компонентов на основе паттернов.

Обоснованность и достоверность результатов диссертации. Обоснованы теоретические положения, базирующиеся на использовании апробированных методов исследования и корректном применении математического аппарата. Достоверность научных положений, методических разработок, рекомендаций и выводов подтверждается результатами математического моделирования и экспериментальных исследований статистических характеристик разработанных методов, а также натурными экспериментами на реальной транспортной инфраструктуре.

Практическая ценность полученных результатов. Разработанные в диссертации методы структурно-параметрического синтеза ориентированы на конструирование, исследование и эксплуатацию систем управления дорожно-транспортной инфраструктурой урбанизированной территории. Разработанные инструментальные средства позволяют создавать предметно-ориентированные системы компьютерного исследования, характеризующиеся высоким уровнем предметной ориентации пользовательского интерфейса, и допускающие простую модификацию исполнительной имитационной среды.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы нашли применение при выполнении научно-исследовательских работ:

  • Федеральная целевая программа «Повышение безопасности дорожного движения в 2006-2012 годах».
  • Целевая программа отдела ГИБДД УВД по г. Самара «Самара-безопасная» 2003-2007 гг.
  • Национальный проект Института «Открытое общество» «Ресурсы Интернет для культуры, образования, здравоохранения и гражданского общества», 1998-1999 гг. (гос. рег. № IEA789v).
  • Грант гос. рег. № 341Т3.9Д «Применение нейросетевых технологий в программном комплексе исследования корреляции пространственно-координированных данных».

Прикладные разработки, связанные с созданием конкретных систем программного комплекса «Интеллектуальная транспортная система», а также с автономным использованием отдельных разработанных инструментальных средств, выполнялись как в рамках этих программ, так и по договорам с предприятиями на проведение НИР:

  • Отдел ГИБДД УВД г. Самара 2000-2007 гг.: «Информационно-аналитическая система учета дорожно-транспортных происшествий», «Автоматизированная информационная система обработки оперативной информации», «Система учета нештатных ситуаций на улично-дорожной сети», «Экспертная система дислокации мобильных постов дорожно-патрульной службы», «Экспертная система дислокации технических средств организации дорожного движения», «Система моделирования управления транспортными потоками» и др.
  • Администрация г. Жигулевска, 2002 г.: «Разработка комплексной схемы дислокации технических средств организации движения на улично-дорожной сети г. Жигулевска».
  • ЗАО «СтродСервис», 2000-2007 гг.: «Схемы организации дорожного движения при проведении аварийных и восстановительных работ на улично-дорожной сети г. Самара», «Схемы нанесения дорожной разметки на улично-дорожной сети г. Самара».
  • ООО «Средняя Волга-98», 2004-2007 гг.: «Комплексная схема дислокации и функционирования технических средств организации движения на улично-дорожной сети г. Самара», «Схемы организации дорожного движения в условиях городского строительства», «Схемы оптимального движения при перевозке крупногабаритных, тяжеловесных, опасных грузов».
  • ООО «Компания «Строительство. Архитектура. Монтаж», 2006-2007 гг., «Схемы организации дорожного движения на улично-дорожной сети в условиях комплексной застройки коттеджного поселка», «Схемы маршрутного ориентирования перевозки грузов».
  • ООО «Меркури Девелопмент Раша»: методика структурно-парамет­рического синтеза сложных многокомпонентных корпоративных систем документооборота; методы и алгоритмы работы с графовыми структурами; технологии и паттерны проектирования систем управления и визуализации пространственно-координированных данных.

Результаты научных исследований в области теории управления ТП, методологии имитационного моделирования, технологии программирования внедрены в учебный процесс Самарского государственного аэрокосмического университета, Самарского государственного технического университета, Самарского филиала Саратовского юридического института МВД России.

Получены результаты, имеющие практическую ценность, подтвержда­ющие высокую эффективность разработанных методов, алгоритмов и программных средств: на основе разработанных методов построены геоинформационные модели транспортной инфраструктуры г. Самара, включающей модели улично-дорожной и транспортной сетей, технических средств организации дорожного движения, транспортных потоков; спроектированы и наполнены базы данных; получен значительный объем экспериментальных данных о характеристиках ТП; проведены модельные исследования по оценке управленческих решений организации движения; проведен анализ и выданы рекомендации по дислокации дорожных знаков и светофорных объектов на УДС; проведен анализ безопасности транспортной сети.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международных, Российских и региональных научных конгрессах и конференциях. Доклады представлены на: II-XIII Международных научных конференциях «Математика. Компьютер. Образование» (Пущино-Дубна, 1995-2006); IV Российской н/м конференции «Пути и методы совершенствования учебного процесса» (Самара, 1995); Междун. конференции-выставке «Информационные технологии в непрерывном образовании» (Петрозаводск, 1995); V Междун. междисциплинарной н/п конференции «Современные проблемы в науке и образовании» (Алушта-Харьков, 2004); Всероссийской конференции «Безопасность транспортных систем» (Самара, 2002); Всероссийской н/п конференции «Безопасность – многоуровневый аспект: превентивные меры и методы» (Пенза, 2003); Всероссийской н/п конференции «Развитие инновационного потенциала отечественных предприятий и формирование направлений его стратегического развития» (Пенза, 2003); Междун. научной конференции «Математика. Образование. Культура» (Тольятти, 2005); научно-технической конференции с международным участием «Перспективные информационные технологии в научных исследованиях, проектировании и обучении (ПИТ-2006)» (Самара, 2006); Шестом Международном симпозиуме (INTELS’2004) «Интеллектуальные системы» (Москва-Саратов, 2004); 6, 7 международных н/п конференциях «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» (Санкт-Петербург, 2004, 2006).

Отдельные вопросы теории и разработки систем управления дорожно-транспортной инфраструктурой послужили темами двух защищенных кандидатских диссертаций, подготовленных при участии автора.

Личный творческий вклад диссертанта. По теме диссертации опубликовано более 80 работ, в том числе 2 монографии. Основные результаты представлены в работах [1-37]. В число указанных публикаций входят 11 статей из «Перечня ВАК ведущих научных журналов и изданий, выпускаемых в РФ, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты на соискание ученой степени доктора наук».



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.