Методы эффективной организации и ведения информационного и программного обеспечения АСУП с распределенной структурой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Исаев, Юрий Юрьевич

• Исаев, Юрий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Исаев, Юрий Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Системный анализ предметной области.

1.1. Автомобильная дорога.'.

1.2. Жизненный цикл автомобильной дороги.

1.3. Эксплуатация автомобильной дороги.

1.4. Паспортизация и диагностика автомобильной дороги.

1.5. Промышленные предприятия.

1.6. Дорожно-эксплуатационные предприятия.

1.7. Аппаратные средства (АИУ, ЦИУ и GPS).

1.8. Геоинформационные системы.

1.9. Передвижные дорожные лаборатории.

1.10. Выводы.

Глава 2. Исследование структуры информационного обеспечения.

2.1. ERP-системы.

2.2. Исследование особенностей и задач построения эффективного информационного обеспечения.

2.3. Исследование методов измерения геометрических характеристик автомобильной дороги.

2.4. Исследование принципов интеграции разнородных данных.

2.5. Выводы.

Глава 3. Математические модели и методы.

3.1. Математическая модель системы.

3.2. Общая схема алгоритмов.

3.3. Синхронизация разнородных данных по времени.

3.4. Расчет пространственной сетки.

3.5. Алгоритм разбивки трассы на геометрические элементы.

3.6. Алгоритм фильтрации "всплесков" продольного профиля трассы.

3.7. Алгоритм фильтрации данных датчиков габаритов.

3.8. Алгоритмы расчета привязки.

3.9. Выводы.

Глава 4. Структурная и техническая реализация АСУП.

4.1. Структурная схема АСУП ЭАД.

4.2. Структурная схема АС Паспортизации АД.

4.3. ПАК "Геовидео".

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы эффективной организации и ведения информационного и программного обеспечения АСУП с распределенной структурой»

Современные крупные промышленные объекты и инженерные сооружения представляют собой сложные территориально-распределенные или линейно протяженные объекты (например, завод по сборке автомобилей, конвейер промышленного предприятия, автомобильная дорога). Это обуславливает множественные удаленные производственные связи этих объектов с предприятиями и организациями различных отраслей не только в области их непосредственного функционирования, но и в областях, используемых на стадии строительства, ремонта, модернизации и содержания.

В настоящее время наиболее' распространенным методом организации информационного обеспечения подобных объектов и сооружений, а также их производственных связей, является бумажный документооборот, иногда с частичным ведением локальной электронной документации. Такая организация негативно влияет на эффективность функционирования всей системы с учетом пространственного* распределения компонентов. Бумажный документооборот не позволяет элементам системы осуществлять обмен информацией и формировать управляющие сигналы в реальном времени, не соответствует основным требованиям по целостности и непротиворечивости данных. Низкая эффективность подобного метода организации информационного обеспечения приводит к принятию неверных решений, ошибкам в технологических процессах, браку, завышенным сметам, увеличению временных интервалов выполнения работ и трудоемкости [30, 41].

Инновационным подходом может стать создание единой автоматизированной системы управления производством (АСУП) с распределенной структурой, которая обеспечила бы связь и управление всеми элементами подобного производства. Под элементами могут подразумеваться как компоненты промышленного производства, так и отдельные предприятия или организации, управляемые АСУП более низкого уровня. Применение единых открытых форматов данных, сквозной программно-аппаратной совместимости и организация единой электронной технической документации, определяющей управление и регулирование технологическим процессом, с хранением всей информации в единой базе данных позволит поднять все показатели эффективности распределенного производства до современного уровня [40, 46].

Результаты данной работы могут быть использованы при создании распределенных АСУП для многих отраслей промышленности и носят универсальный характер. В связи с этим, исследование этих проблем представляет собой актуальную научную задачу. В настоящей диссертации эти задачи исследуются на примере построения • АСУП эксплуатации автомобильных дорог.

Целью данной работы является исследование методов и алгоритмов эффективной организации и ведения информационного и программного обеспечения автоматизированной системы управления производством (АСУП) с распределенной структурой.

В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи исследования:

Анализ структуры распределенной АСУП и постановка задач построения эффективного информационного обеспечения АСУП на примере системы эксплуатации автомобильных дорог (АД).

2. Исследование методов измерения геометрических характеристик автомобильной дороги.

3. Исследование подходов к интеграции разнородных данных в системе.

4. Разработка математической модели системы.

5. Исследование и построение алгоритмов обработки характеристик автомобильной дороги.

6. Разработка структуры информационного и программного обеспечения АСУП эксплуатации АД и программы подсистемы АС паспортизации АД.

Исследования выполнены с использованием методов теории автоматического управления и регулирования, алгоритмирования, теории баз данных, теории приближенных вычислений, теории обработки экспериментальных данных.

Научная новизна состоит в том, что автором: предложена новая структура информационного обеспечения распределенной АСУП с целью повышения эффективности управления производственными процессами;

- предложены методы автоматизированной пространственной привязки физических параметров объектов;

- предложены новые методы автоматизированной камеральной обработки данных при паспортизации автомобильных дорог;

- разработаны соответствующие математические модели, алгоритмы и программное обеспечение.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием аналитических методов, методов теории приближенных вычислений, согласованностью результатов функциональных моделей процессов работы системы, верификацией программного обеспечения. Достоверность рекомендаций и выводов диссертации подтверждена полученным актом о положительных результатах внедрения.

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования при создании программно-аппаратного комплекса "Геовидео", предназначенного для выполнения автоматизированной паспортизации автомобильных дорог.

Содержание разделов всей диссертации было доложено и получило одобрение:

- на семинарах кафедры Автоматизированные системы управления в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете);

- на 67-й научно-методической и научно-исследовательской конференция МАДИ (ГТУ) в подсекции изысканий и проектирования дорог секции проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог, мостов и аэродромов и в секции информационных и управляющих систем в промышленности, обучении и на транспорте;

Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований при построении ПО автоматизированной системы паспортизации представляет собой новое решение в области практической реализации АСУП с распределенной структурой.

По результатам диссертационной работы опубликовано 5 статей.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного материала, заключения, списка литературы, включающего в себя 64 наименования, и приложения. Она содержит 94 страниц текста, в том числе 34 рисунка и 6 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Исаев, Юрий Юрьевич

4. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований нашли применение при паспортизации автомобильных дорог и объектов инфраструктуры ЖКХ.

5. Создан мобильный аппаратно-программный комплекс (АПК) "Геовидео", в котором внедрено разработанное программное обеспечение, для автоматизации паспортизации автомобильных дорог.

Заключение

1. Комплекс выполненных теоретических и экспериментальных исследований представляет собой практическое решение важной научной проблемы эффективной организации и ведения информационного и программного обеспечения АСУП с распределенной структурой.

2. Теоретические исследования позволили:

• предложить структуру распределенной АСУП эксплуатации автомобильных дорог;

• разработать математическую модель паспортизации автомобильных дорог;

• предложить структуру автоматизированной системы паспортизации автомобильных дорог и схему обмена данными между ее компонентами;

• разработать алгоритм измерения продольных и поперечных размеров в плоскости проезжей части дороги по фотографическим материалам;

• создать метод синхронизации данных регистрирующей аппаратуры передвижной дорожной лаборатории.

3. Экспериментальные исследования, выполненные на автомобильных дорогах, позволили:

• проверить и подтвердить правильность результатов теоретических исследований на математических моделях и алгоритмах и дополнить их необходимыми для выполнения теоретических расчетов статистическими параметрами;

• апробировать предложенные методики автоматизации паспортизации автомобильных дорог и оценить их эффективность.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Исаев, Юрий Юрьевич, 2009 год

1. Аверьянов H.H., Березенко А.И., Борщенко Ю.И. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. М.: Радио и связь, 1988. - Т.2.

2. Автушко В.П. Автоматика и автоматизация производственных процессов. М.: Высшая школа, 1985.

3. Александриди Т.М., Исаев Ю.Ю., Использование компьютерных технологий при оценке состояния автомобильных дорог. // Вестник МГУПИ. Сб. науч. тр. МГУПИ М.: МГУПИ, вып. 18 2009.

4. Александриди Т.М., Исаев Ю.Ю., Методы автоматизации измерения и обработки геометрических характеристик автомобильных дорог // Вестник МАДИ (ГТУ). Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). М.: МАДИ (ГТУ), вып. 7 2006.

5. Александриди Т.М., Исаев Ю.Ю., Программное и аппаратное обеспечение паспортизации автомобильных дорог дорог // Перспективные технологии управления в автотранспортных системах. Сб. науч. тр. ФУ. М.: МАДИ (ГТУ), 2009.

6. Александриди Т.М., Матюхин Н.Б., Реализация физических линий связи в локальных вычислительных сетях. Интегрированные технологии автоматизированного управления. Сборник научных трудов.-М.; МАДИ (ГТУ), 2005.

7. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М.: Транспорт, 1993. - С. 82.

8. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог: Учебник. -М.: Транспорт, 1987, 4.1 368 е., 4.2 - 408 с.

9. Бабков В.Ф.Автомобильные дороги: Учебник для вузов. — 3-е изд. перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1983. 280 с.

10. Бахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Школин В.П. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Советское радио, 1980.

11. Билич Ю.С., Васмут A.C. Проектирование и составление карт. М., 1984.364 с.

12. Бируля А.К. Проектирование автомобильных дорог. Часть I. М.: Автотрансиздат, 1961. — 500 с.

13. Бируля А.К. Эксплуатация автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1966.-326 с.

14. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978.

15. Бутрименко A.B. Разработка и эксплуатация сетей ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1981.

16. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Высшая школа, 1999.

17. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных, СПб: Невский Диалект, 2008.-351 с.

18. Вихров Н.М., Гаскаров Д.В., Грищенков A.A., Шнуренко A.A. Управление и оптимизация производственно-технологических процессов / Под ред. Д.В. Гаскарова. СПб.: Энергоатомиздат, 1995.

19. ВСН 1-83 Типовая инструкция по техническому учету и паспортизации автомобильных дорог общего пользования. — 43 с.

20. ВСН 208-89 Инженерно-геодезические изыскания железных и автомобильных дорог. / Минтрансстрой СССР. М.: Транспорт, 1990. - 58 с.

21. Выгодский М.Я.Справочник по Высшей математике. М.:Большая медведица, 2000. - 864 с.

22. Георадары, дороги 2000: Материалы Международного научно-технического семинара. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2000. - 104 с.

23. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Физматгиз, 1961.

24. ГОСТ 22268-76. Геодезия. Термины и определения.

25. ГОСТ 28441-90. Картография цифровая. Термины и определения. 1990.

26. ДеМерс Майкл Н. Географические Информационные Системы. Основы.: Пер. с англ. М.: Дата+, 1999. - 490 с.

27. Дорожная терминология: Справочник/ Под ред. М.И.Вейцмана. — М.: Транспорт, 1985.-310 с.

28. Дроздов Е.А., Пятибратов А. П. Основы построения и функционирования вычислительных систем. М.: Энергия, 1973.

29. Дубелир Г.Д., Корнеев Б.Г., Кудрявцев М.Н. Основы проектирования автомобильных дорог. M.-JL: Изд-во Наркомхоза РСФСР, 1938. - 224 с.

30. Еремин В.М., Шухман Г.А. Поддержка принятия решений в автомобильно-дорожной отрасли. Деп. в ВИНИТИ 26.02.99, № 623-В99, 1999, 20 с.

31. Исаев Ю.Ю., Оценка состояния автомобильных дорог с использованием GPS- технологий. // Теория и практика автоматизированного управления. Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). -М.: МАДИ (ГТУ), №1/41 2009.

32. Кейн В.М. Оптимизация систем управления по минимаксному критерию. М.: Наука, 1985.

33. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. М.: Форум - Инфра-М, 2002.

34. Кормен Т. и др. Алгоритмы: Построение и анализ, М.: Вильяме, 2009 -1290 с.

35. Кренке Д. Теория и практика построения баз данных: пер. с англ. 8-е изд. М.: Питер, 2003. - 799 с.

36. Круг Е.К., Александриди Т.М., Дилигенский СИ. Цифровые регуляторы. -М.: Госэнергоиздат, 1965.

37. Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. М.: Энергия, 1980.

38. Лобанов А.Н. Фотограмметрия: Учебник для вузов. 2-е изд., М., Недра, 1984, 552 с.

39. Мамиконов А. Г. Теоретические основы автоматизированного управления. М.: Высшая школа, 1994.

40. Марсов В.И., Слуцкий В.А. Автоматическое управление технологическими процессами на предприятиях строительной индустрии. -Л.: Стройиздат, 1975.

41. Материалы V Всероссийской учебно-практической конференции "Проблемы ввода и обновления пространственной информации" (Москва, 29 февраля 3 марта 2000 г.).

42. Материалы международной ежегодной конференции «Современные технологии изысканий, проектирования и геоинформационного обеспечения в промышленном, гражданском и транспортном строительстве», Минск, 2001. -168 с.

43. Матюхин Н.Б. Структура и функции серверов в локальных вычислительных сетях. Автоматизация управления предприятиями промышленности и транспортного комплекса. Сборник научных трудов. -М.: МАДИ (ГТУ), 2006.

44. ОДН 218.0.006-2002 Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог. 72 с.

45. Потапова Т.Б. Информационно-управляющие системы. Эволюция. Проблемы. Решения. / Промышленные АСУ и контроллеры. М.: Мир компьютерной автоматизации №7, 2002.

46. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. М.: Наука, 1992.

47. Сигал И.Х. Введение в прикладное дискретное программирование: модели и вычислительные алгоритмы, М.: Физматлит, 2007. 304 с.

48. Скворцов A.B., Поспелов П.И., Котов A.A. Геоинформатика в дорожной отрасли. М.: МАДИ (ГТУ), 2005. - 250 с.

49. СНиП 1.02.07-87. Инженерные изыскания для строительства. / Госстрой СССР, ГУГК СССР, 1988.

50. СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения/Госстрой России. -М.: ГШИИИС, 1997.—45 с.

51. СНиП 11-103-97 Свод правил по инженерным изысканиям для строительства. Инженерно-геодезические изыскания для строительства

52. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги. М.: Госстрой СССР, 1986. -56 с.

53. Справочник инженера-дорожника. Изыскания и проектирование а/д. — М.: Транспорт, 1977.

54. Струченков В.И. Автоматизация проектирования плана и профиля автомобильных дорог// Автомобильные дороги, № 2, 1994. С. 24-26.

55. Таненбаум Э. «Компьютерные сети. 4 -е изд.».- СПб. Литер, 2005.

56. Хавкин К.А. Применение электронных вычислительных машин для проектирования продольного профиля автомобильных дорог// Автомобильные дороги, 1959. №11.-С. 12.

57. Хетагуров Я.А., Древе Ю.Г. Проектирование информационно-вычислительных комплексов. М.: Высшая школа, 1987.

58. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. - 288 с.

59. Шаракшанэ А.С., Халецкий А.К., Морозов И.А. Оценка характеристик сложных автоматизированных систем. М.: Машиностроение, 1993.

60. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. -М.: Мир, 1972.

61. Шиханович Ю.А. Введение в современную математику, М. «Наука», 1965.

62. Якубайтис Э.А. Архитектура вычислительных сетей. М.: Статистика, 1980.

63. Luenberger D. G., Linear and Nonlinear programming, 2nd ed, Addison Wesley, 1984.