Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ структурных схем автоматических письмо-обрабатывающих машин. Постановка задачи .
1.1. Структурная схема автоматической письмосортировочной машины
1.2. Структурная схема автоматической лицовочно-штемпелеваальной машины
1.3. Постановка задачи 21
1.4. Выводы 23
2. Разработка алгоритма опознавания стилизованного почтового индекса
2.1. Способы индексации письменной корреспонденции и исследование методов опознавания изображений
2.2. Применение методов разделяющих функций при ступенчатом способе опознавания цифр стилизованного почтового индекса
2.3. Разработка алгоритма и программы моделирования процесса опознавания цифр стилизованного почтового индекса и анализ её результатов
2.4. Модификация алгоритмов определения весовых коэффициентов и опознавания цифр почтового индекса для параллельных вычислений
2.5. Выводы. 91
3. Разработка критериев рационального выбора количества накопителей АПСМ .
3.1. Математическая постановка задачи 93
3.2. Алгоритмизация функционирования АПСМ для различных режимов выгрузки и реализация алгоритма
3.3. Анализ результатов моделирования 109
3.4. Выводы 119
4. Разработка методики расчёта конструктивных параметров АПСМ с учётом её компоновки
4.1. Анализ компоновочных решений и оценка различных конструкций ТРС АПСМ
4.2. Математическая постановка задачи 132
4.3. Разработка алгоритма и программы расчёта основных конструктивных параметров АПСМ
4.4. Анализ результатов расчёта конструктивных параметров АПСМ 140
4.5. Выводы 155
5. Определение пропускной способности транспортных каналов АЛШМ
5.1. Математическая постановка задачи 157
5.2. Разработка алгоритма функционирования ТРС АЛШМ 158
5.3. Анализ результатов моделирования 164
5.4. Выводы 167
Заключение -168
Список использованных источников 171
Приложение 1 182
Приложение 2 222
Приложение 3 251
- Структурная схема автоматической письмосортировочной машины
- Способы индексации письменной корреспонденции и исследование методов опознавания изображений
- Математическая постановка задачи
- Анализ компоновочных решений и оценка различных конструкций ТРС АПСМ
Введение к работе
Вопросы научно-технического прогресса в почтовой связи стоят очень остро. Первостепенное значение имеет совершенствование материально-технической базы, методов управления технологическими процессами на предприятиях почтовой связи.
Доля ручного труда в процессе обработки почтовых отправлений до сих пор еще велика. Объем информации, перерабатываемой сортировщиками письменной корреспонденции составляет в настоящее время более пяти тысяч адресных пунктов на одного сортировщика, причем на каждом рабочем месте возможны изменения адресов. Оператору трудно самостоятельно переработать такой объем информации.
Наиболее сложным в комплексе работ на предприятиях почтовой связи являются работы, связанные с автоматизацией процессов обработки письменной корреспонденции. Обработка корреспонденции в узловом почтовом предприятии заключается в том, что она разбирается по габаритам, ориентируется адресной стороной в сторону считывающего средства и в положение, удобное для считывания почтового индекса, штемпелюется, располагается в определенной последовательности по группам индексов почтовых предприятий и упаковывается в постпакеты, снабженные адресной информацией. Сюда же следует отнести и операции транспортировки письменной корреспонденции до и после ее обработки.
В настоящее время на обработку письменной корреспонденции затрачивается значительно больше времени, чем на ее перевозку на значительные расстояния некоторыми видами транспорта. Единственным средством, реально ускоряющем продвижение корреспонденции, является разработка и внедрение автоматизированных линий обработки писем на крупных почтовых предприятиях страны, так как через них проходит более 80% всего объема корреспонденции.
Основной задачей автоматической обработки письменной корреспонденции является максимальное сокращение ручных операций. Для
этого предусматривается разработка новых, прогрессивных технологических процессов обработки письменной корреспонденции и создание высокопроизводительных машин и систем машин, выполняющих весь производственный процесс без непосредственного участия человека.
Второй по значимости задачей автоматической обработки письменной корреспонденции является ускорение сроков обработки при одновременном сокращении количества персонала или, по крайней мере, поддержание уровня роста штатов в пропорции значительно меньшей, чем уровень роста объема корреспонденции. Решать эти проблемы необходимо прежде всего посредством автоматических высокопроизводительных комплексов машин при максимальной концентрации обработки писем. Кроме того, на ряде почтовых предприятий с меньшим объемом целесообразно использовать отдельные автоматические машины предварительной обработки писем и автоматические письмосортировочные машины.
Объем почтового обмена возрастает после резкого спада в предшествующие годы и вновь становится актуальной проблема автоматизации и механизации производственных процессов почтовой связи, которую необходимо решать на качественно новом технологическом уровне. Существует несколько причин создания новых конструкций письмообрабатывающих машин.
Первая заключается в том, что общий технический прогресс заставляет после нескольких последовательных модернизаций старой конструкции заменять её новой, основанной на более прогрессивных принципах работы, новых конструкционных материалах и так далее.
Вторая причина состоит в том, после образования Российской Федерации часть заводов по производству сложной письмообрабатывающей техники оказалась за рубежом и понадобилось организовать её изготовление в нашей стране. Причём, хотя старые машины и находятся в эксплуатации в России, но рабочая документация по их изготовлению недоступна и проще спроектировать машину заново, чем реконструировать старую.
Третья причина - смена стандартов на почтовые конверты. Наметился переход на конверты европейского образца, имеющего отличающиеся размеры от используемых ранее. Поскольку существующие автоматические письмообрабатывающие машины жёстко ориентированы на обработку корреспонденции строго определенных размеров, они становятся непригодными к использованию.
Актуальность настоящей работы подтверждается фактом исследования проблемы распознавания почтовых индексов и разработки считывающего устройства ведущей организацией России в области проектирования почтообрабатывающей техники - Научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом почтовой связи.
Проектирование новых письмообрабатывающих машин и автоматических линий должно основываться на научных принципах. Традиционный подход к проектированию почтообрабатывающих машин (ПОМ) с преобладанием интуитивных методов расчета позволяет создавать работоспособные, но далеко не рациональные конструкции.
Для синтеза наилучшей конструкции любого узла машины обязательно применять критерии рационального выбора, которые зависят от предъявляемых к проектируемой машине требований, качества обработки почтовых отправлений, назначения узлов и от технико-экономических показателей. При определении этих критериев необходимо учитывать тенденции развития машин данной группы и их основных элементов, а также результаты научно-технического прогнозирования, должны быть проведены комплексные технологические исследования, статистический анализ условий эксплуатации письмо обрабатывающей техники и изменения потоков письменной корреспонденции.
Основной недостаток интуитивного проектирования, проектирования "подбором" - неизбежность упрощений и исключения из рассмотрения ряда факторов, устраняется при применении научно обоснованных методик,
которые в силу сложности их расчёта возможны только при использовании современных средств вычислительной техники.
В процессе проектирования решается группа задач, которые относятся к задачам синтеза и анализа. Анализ технических объектов - это изучение их свойств. Синтез технических объектов имеет целью создание новых вариантов при использовании результатов анализа для их оценки.
При проектировании должны выбираться методы и средства решения проектных задач, которые обеспечивают минимальные сроки проектирования и минимальные затраты по оптимизации получаемых проектных решений.
Расчетные интуитивные методы проектирования удобно использовать в качестве начальных приближений. Ориентировочный характер результатов связан с малой точностью расчетных методик. Например, процессы в достаточно сложных технических объектах описываются системами уравнений довольно высокого порядка, эти уравнения в общем случае нелинейные. Аналитическое решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений удается получить только в том случае, если порядок системы не превышает двух и уравнения линейны. Это означает, что интуитивные расчетные методы применимы только при принятии существенных упрощений, что и обуславливает ориентировочный характер получаемых результатов. Заметим, что численные методы здесь малопригодны, поскольку не позволяют проанализировать полученное решение.
Помимо проектных задач возникают ещё и проблемы прогнозирования работоспособности машины. Анализ работоспособности выбранного варианта уже не может быть выполнен обычными расчетными методами. Поэтому в рамках традиционного подхода неизбежно было применение экспериментальных методов, то есть макетирования. Именно на макете - физической модели определялось выполнение условий работоспособности, изменялись внутренние параметры, частично структуры
с целью улучшения свойств объекта. Но во многих случаях макетирование невозможно на достаточно высоких иерархических уровнях — здесь стоимость изготовления макета примерно равна стоимости изготовления опытного образца и согласиться на многократное изготовление образцов в итерационном процессе проектирования сложных систем нельзя. Поэтому при традиционном подходе задачи оптимизации практически не решались -разработчик удовлетворялся получением первого работоспособного варианта. Вопросам автоматизации проектирования посвящены работы [70, 74], а исследованию конструкций с помощью имитационного моделирования [15,21,67,76].
В настоящей работе созданы алгоритмы расчёта и функционирования письмообрабатывающих машин: письмосортировочных и лицовочно-штемпелевальных, что позволило решить ряд узловых проблем по повышению надёжности и быстродействия письмосортировочных машин [11, 51] и разработать алгоритмы расчета основных конструктивных параметров транспортно-распределитель-ных систем письмосортировочных и лицовочно-штемпелевальных машин. Различные аспекты проектирования транспортно-распределительных систем рассматривались в [19, 38, 49, 60, 73, 75,], а применительно непосредственно к автоматическим письмосортировочным машинам в [45, 46, 47,48].
Одной из проблем автоматических письмосортирующих машин является надёжность и быстродействие систем считывания цифрового кода адреса. Основной операцией, выполняемой в процессе сортировки на автоматической письмосортировочной машине АПСМ является чтение почтового адреса. Для реализации этой операции устройство управления имеет такой функциональный блок как читающее устройство, которое предназначено для опознавания символов почтового адреса и преобразование их в форму, удобную для дальнейшей обработки — выделение адресных признаков.
Таким образом, цифрочитающий автомат избавляет оператора от необходимости считывания адресной информации с поверхности почтового отправления. В настоящее время находящийся в эксплуатации цифрочитающий автомат типа ЦЧУ-С НИИПС (ранее СПКБ Министерства связи СССР) может опознать лишь ограниченное число написаний (10 десятичных цифр - эталонов), в случае небольшого отклонения от общепринятого написания почтового индекса, приводит к отказу в опознавании, и почтовое отправление с неопознанным индексом поступает на ручную сортировку, а если еще учесть недопустимые перекосы в написании цифры по трафарету, сбоя ЦЧУ, приводящие к отсутствию какого-либо признака, а также написание цифры более похожую на рукописную десятичную, с точки зрения отправителя, но отличную от эталона - все это приводит к увеличению объема ручной сортировки. Если попытаться увеличить число эталонов написаний, чтобы несколько сократить объем ручной сортировки, то несомненно возрастет время опознавания автоматом предложенной цифры, что следует из алгоритма опознавания. Это приведет к уменьшению производительности всей АПСМ в целом, а такое ЦЧУ не является эффективным и требует замены более совершенным и универсальным. Вопросы кодировки письменной корреспонденции в России и за рубежом исследуются в публикациях [55, 82, 94, 96, 106, 115, 123], которые не отделимы от алгоритмов опознавания и электронных устройств, их реализующих [14, 41, 42, 52, 58, 59]. Поэтому появилась идея разработать принципиально новый, отвечающий современным требованиям алгоритм опознавания почтового индекса, именно этому вопросу посвящена одна из глав настоящей работы.
Проблема опознавания образов является актуальной не только для почтовой связи. Она рассматривалась во многих работах [2, 3, 4, 6, 13, 17, 18, 20, 26, 28, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 54, 61, 62, 66, 118]. Для её решения применяются различные математические методы [86, 92, 93, 111, 121], в том числе и вероятностные [24, 85, 91, 105]. Для систем реального времени,
какими являются устройства распознавания почтовых индексов, наиболее подходящими будут быстродействующие параллельные варианты алгоритмов опознавания [5, 7, 9, 22, 25,27, 37, 39, 40, 56, 57, 63, 64, 65, 77, 78, 79, 80, 84, 117]. При распараллеливании алгоритмов опознавания почтовых индексов особенно эффективной оказалась теория управляющих коллективов [8,53].
Для письмосортировочных машин предлагается принципиально новый, отвечающий современным требованиям, алгоритм опознавания почтового индекса. В качестве метода опознавания из всех существующих выбран ступенчатый метод [95, 99], который сокращает время опознавания, но не обладает достаточной надежностью. Поэтому для обеспечения необходимой надежности ступенчатый метод усиливается методом разделяющих функций. Для реализации метода разделяющих функций применен один из непараметрических методов обучения - алгоритм обучения с исправлением ошибок.
Реализация и анализ разработанных алгоритмов обучения и распознавания показали ряд преимуществ предложенного нового алгоритма над существующим методом, использованном в находящемся сейчас в эксплуатации цифрочитающем автомате ЦЧУ-С НИИПС.
Комплексная задача повышения производительности и других эксплуатационных характеристик письмообрабатывающих машин решается на стыке нескольких научных направлений:
кодирование для наиболее экономной и надёжной индексации письменной корреспонденции;
использование методов разделяющих функций при реализации ступенчатого способа опознавания изображений;
определение весовых коэффициентов для построения разделяющих функций;
разработка математических моделей процессов обработки письменной корреспонденции с помощью вычислительных алгоритмов;
анализ современных принципов конструирования автоматических машин и линий;
построение альтернативных алгоритмов с параллелизацией вычислительных процессов для ускорения работы программ опознавания индексов, функционирующих в реальном времени.
Цель и задачи исследований. Целью диссертации является создание эффективных алгоритмов опознавания почтовых индексов, разработка научных принципов компоновки АПСМ, моделирование работы автоматических письмообрабатывающих машин и процессов, в них протекающих, для предварительной оценки их производительности.
Поставленная цель обусловила необходимость решения следующих задач:
Выполнение анализа конструкций письмообрабатывающих машин с целью выявления процессов, узлов и т.п., которые являются основными факторами, замедляющими быстродействие машин, снижающих их надёжность и эксплуатационные характеристики.
Исследование способов индексации почтовых отправлений с целью выбора наиболее помехоустойчивых и простых вариантов.
Разработка быстродействующих алгоритмов реального времени для надёжного опознавания цифровых индексов.
4. Создание альтернативных параллельных алгоритмов опознавания
почтовых индексов и оценка их эффективности по сравнению с их
последовательными аналогами.
5. Разработка критерия рационального выбора количества
накопителей АПСМ.
Создание методики расчёта конструктивных параметров АПСМ с учётом её компоновки.
Разработка методик математического моделирования процессов письмообрабатывающих машин для оценки их эффективности.
Решив поставленные задачи, автор защищает:
- комплексный подход к проблеме модернизации существующего
автоматических письмообрабатывающих машин и линий;
применение ступенчатого способа опознавания стилизованных цифр индекса почтовых отправлений с помощью метода разделяющих функций с весовыми коэффициентами;
алгоритмизация метода опознавания стилизованных цифр почтового индекса, и его распараллеленный вариант на основе концепции коллектива вычислителей;
критерии рационального выбора количества накопителей АПСМ;
- методику расчёта конструктивных параметров АПСМ с учётом
компоновочных решений;
алгоритмы имитационного моделирования работы
письмообрабатывающих машин для оценки их эффективности;
- алгоритм определения пропускной способности транспортных
каналов АЛШМ на основе её математической модели;
- пакет прикладных программ, реализующих изложенные алгоритмы и
методы.
Методы исследования. В качестве методов исследования используются элементы теории математической логики, методы разделяющих функций с использованием весовых коэффициентов, методы математического моделирования, теория десеквенции (распараллеливания алгоритмов, программ, вычислений), концепция коллектива вычислителей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Обоснована выборочная модернизация письмообрабатывающих
машин с учётом сохранения основных элементов их конструкции.
2. Разработан комбинированный подход с применением
математического аппарата разделяющих функций с весовыми
коэффициентами для создания ступенчатого алгоритма опознавания
стилизованных цифр почтового индекса.
Разработан алгоритм метода опознавания почтового индекса и его параллельный аналог на основе концепции коллектива вычислителей. Созданы макеты программ, реализующие указанные алгоритмы.
Предложен критерий оптимального выбора количества накопителей АПСМ.
5. Создана методика расчёта конструктивных параметров АПСМ,
учитывающая компоновочные решения их транспортно-распределительных
систем (ТРС).
6. Разработана методика расчета конструктивных параметров АПСМ,
учитывающая компоновочные решения их ТРС.
Личный вклад. Все основные научные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.
Практическая ценность и реализация
результатов работы. Созданные алгоритмы реализованы в виде пакета прикладных программ на языке программирования высокого уровня. Результаты работы внедрены на двух предприятиях Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации. Акты о внедрении прилагаются.
Результаты диссертационной работы, алгоритмы опознавания индексов и методика анализа транспортно-распределительных систем могут быть использованы и в других отраслях народного хозяйства, где возникают аналогичные задачи. В качестве примера можно привести громадные торговые предприятия, у которых номенклатура товаров достигает нескольких десятков тысяч. Эти товары маркируются тем или иным способом, следовательно, возникает необходимость считывать маркировку и распознавать её. Отдельные наименования товаров должны быть разложены в определённых местах склада - это задача о рациональном количестве накопителей. Товары перемещаются и группами на прилавки со склада, и единичными экземплярами к покупателям, не нашедших их в торговом зале, - необходим анализ и рационализация существующих транспортно-
распределительных систем. Таким образом, все поставленные и решённые в диссертационной работе задачи могут быть использованы и в торговле. Косвенным образом этот факт доказывает необходимость объединения перечисленных задач в одной работе по принципу комплексного решения производственной задачи.
Апробация работы. Основные результаты работы
докладывались на научно-технической конференции профессорско-
преподавательского состава, Москва, МТУСИ, 25-27 января 1994 г.; на
конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы связи"
Международного Форума Информатизации, Москва, 22 ноября 1994 г.; на
научно-технической конференции профессорско-преподавательского
состава, посвященной 100-летию Радио, Москва, МТУСИ, 1995 г.; на
конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»
Международного Форума Информатизации, Москва, 21 ноября 1995 года; на
научно-технической юбилейной конференции профессорско-
преподавательского состава, Москва, МТУСИ, 1996 г.; на конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» Международного Форума Информатизации, Москва, 18 ноября 1998 г.; на конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» Международного Форума Информатизации, Москва, 17 ноября 1999 г.; на международной научно-практической конференции «Телеком-2005», Ростов на Дону, 18-19 мая 2005 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 научные работы.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и двух приложений.
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы и защищаемые положения.
В первой главе рассматриваются общие структурные схемы автоматических письмосортировочной и лицовочно-штемпелеваль-ных машин. На основе анализа структурных схем выявлены места, нуждающиеся в первоочередной модернизации для повышения общей производительности и надёжности машин, что позволило сформулировать и обосновать цели и задачи диссертационной работы. Это необходимость разработки принципиально нового алгоритма опознавания стилизованных цифр почтового индекса, создание научно обоснованного критерия оптимального выбора количества накопителей АПСМ, разработка методики расчёта конструктивных параметров АПСМ и определение пропускной способности транспортных каналов АЛШМ. В каждой из последующих глав решаются одна из поставленных задач.
Во второй главе оцениваются различные существующие способы индексации письменной корреспонденции, исследуются методы опознавания изображений. На этой основе сделаны определённые выводы, изложенные в рассматриваемой главе.
В качестве математического аппарата для распознавания стилизованных цифр почтового индекса предложен метод разделяющих функций. Принят ступенчатый способ опознавания, при котором выстроена иерархическая схема последовательного опознавания элементов стилизованного знака, что значительно сокращает время опознавания.
Последовательный алгоритм, реализующий метод опознавания, представлен в виде подробной схемы с необходимым комментарием (приложение 1). Его параллельный аналог разработан с учётом концепции коллектива вычислителей и обладает большим быстродействием при использовании транспьютеров предназначенных для алгоритмов с параллелизацией вычислительных процессов.
Перечисленные алгоритмы реализованы в действующих программах. Проанализированы результаты работы программ при моделировании процесса опознавания.
-16-Третья глава посвящена разработке критериев оптимального выбора количества накопителей АПСМ. В начале главы поясняется важность поставленной проблемы и следует математическая формулировка задачи, алгоритм решения которой предполагает использование вычислительных алгоритмов для моделирования функционирования АПСМ. На основе анализа результатов моделирования делаются выводы и даются практические рекомендации для проектирования и модернизации АПСМ.
В четвёртой главе представлена методика расчёта конструктивных параметров АПСМ с учётом её компоновки. Был проанализирован ряд компоновочных решений транспортно-распределительных систем АПСМ и даны им оценки. Перед разработкой алгоритма задача получила формальную математическую постановку. Алгоритм решения задачи даётся в виде блок-схемы. Далее следует анализ результатов расчёта программы и делаются выводы по материалам главы.
В пятой главе определяется пропускная способность транспортных каналов АЛШМ методом моделирования. Ставится вычислительный эксперимент с помощью алгоритма и программы функционирования ТРС АЛШМ. Результаты эксперимента подробно анализируются. В заключении изложены основные результаты работы.
Структурная схема автоматической письмосортировочной машины
Одной из главных операций в процессе обработки писем является сортировка почтовых отправлений по адресным признакам. Машины для сортировки писем являются наиболее сложными во всем комплексе письмо-обрабатывающих машин.
Письмосортировочные машины предназначены для распределения писем на группы по определенному признаку, содержащемуся в адресе письма (названию города, области и тому подобное), либо по специальному буквенному или цифровому коду[51, 55, 82,115].
Автоматическая письмосортировочная машина состоит из вводного устройства I, транспортно-распределительной системы II, блока накопителей III и устройства передачи пачек на обвязку IV. Устройство ввода содержит механический питатель 1, сепаратор 2, устройства выравнивания писем 3, контроля интервала 4 перед головкой цифрочитающего автомата (ЦЧА), головку ЦЧА 5. Питатель является входным звеном машины, куда письма загружаются уложенными в кассеты. Основная задача питателя - подача писем в зону действия сепаратора из кассет. Выравнивающее устройство устраняет перекосы писем перед головкой ЦЧА, что снижает число отказов машины по вине ЦЧА. Сигналы с головки ЦЧА передаются в устройство управления УУ 11, которое обеспечивает работу всей машины по заданной циклограмме.
Накопители писем 8 предназначены для сбора отдельных писем в пачки. Каждый бункер накопителя оборудуется устройством для выгрузки писем из накопителей 9, которая производится автоматически по мере заполнения бункера рассортированной корреспонденцией.
Структуру машины замыкает транспортное устройство для передачи пачек писем пачкообвязывающему устройству, где производится адресование и упаковка рассортированных писем - образование постпакетов.
Посредством перечисленных механизмов автоматическая письмосор-тировочная машина осуществляет механическую доставку писем по одному к автоматическому устройству, производящему считывание с конвертов признаков сортировки, затем по команде с этого устройства производит транспортировку писем в соответствующие накопители.
Автоматические машины для лицовки и штемпелевания писем предназначены для гашения знаков почтовой оплаты (марок) и простановки календарного штемпеля на письмах, предварительно повернутых на позицию, удобную для механического штемпелевания [47, 58, 59, 77, 78, 79, 80]. Автоматическая лицовочно-штемпелевальная машина (АЛШМ) состоит из устройств ввода писем в машину, механизмов подборки писем и штемпелевания, устройств для сбора и временного хранения писем. Структурная схема АЛШМ представлена на рис. 1.2.
Устройство для ввода писем в машину включает питатель и сепаратор писем. Питатель предназначен для механической подачи писем в зону действия сепаратора. Он обычно выполняется в виде приемного бункера, по дну которого стопа писем перемещается к сепаратору подающим устройством.
Сепаратор отделяет письма от стопы по одному и направляет их в машину. В АЛШМ обычно применяются фрикционные или комбинированные сепараторы. Загрузка машины также возможна путем непосредственной стыковки АЛШМ с автоматической разборной машиной.
Для осуществления автоматического штемпелевания письма должны быть приведены в позицию, удобную для осуществления этой операции. Обычно в АЛШМ письма штемпелюются методом прокатки, позволяющим осуществлять их штемпелевание в процессе движения. Наиболее удобным положением для штемпелевания писем, движущихся на длинном ребре, является такое, при котором марка находится внизу. В этом положении даже у разногабаритной корреспонденции марки оказываются на одном уровне, что гарантирует гашение указанным методом. Возможны четыре положения конверта, поставленного на длинное ребро: два положения с маркой на адресной стороне (положения b и с, рис. 1.2.) и два положения с маркой на обратной стороне (положения а и d) вверху и внизу конверта. Определение положения письма на входе в машину и последующий поворот его в позицию, удобную для штемпелевания, осуществляет устройство подборки писем. Оно состоит из опознающего устройства и, определяющего положение марки на плоскости конверта, и устройств поворота писем на позицию, удобную для штемпелевания.
Определение положения конверта на входе в машину может осуществляться фотоэлектрическим, магнитным, электрическим или механическим методами. В настоящее время наибольшее практическое применение нашел фотоэлектрический метод, при котором положение конверта определяется по обычной марке, специальному знаку или специальной марке, обнаруживаемыми фотоэлементами.
Конверты анализируются только с одной стороны - в нижней части их плоскости. Анализ конвертов ведется в четыре этапа. На первом этапе обнаруживаются конверты с марками в положении b и направляются к штемпелевальному устройству. Все остальные письма поворачиваются на 180 градусов относительно продольной оси. После второго анализа выделяются конверты с марками, занимавшими до поворота положение а. Неопознанные на втором этапе конверты поворачиваются относительно оси, перпендикулярно плоскости конверта, и проходят третий этап анализа. При этом выделяются письма, занимавшие на входе в машину положение d. Далее письма, занимавшие на входе в машину положение с, поворачиваются относительно продольной оси и направляются к штемпелевальному устройству. После штемпелевания письма укладываются в накопитель. Письма, у которых ни в одном из четырех положений марка не была обнаружена, направляются в справочный накопитель.
Способы индексации письменной корреспонденции и исследование методов опознавания изображений
При автоматической сортировке письменной корреспонденции адрес считывается, преобразуется и вводится в управляющее устройство читающим устройством (автоматом) [94]. Построение читающего автомата для чтения рукописного адреса связано со значительными техническими трудностями. Получаемая при этом полная информация об адресе почтового отправления имеет большую избыточность. Определим, какое количество информации содержит один из наиболее коротких почтовых адресов: Москва Е 024. Воспользуемся для оценки количества информации формулой Харли-Шеннона: / = Wlog2Xt где W- число знаков (цифр, букв), X- число символов. Для адреса Москва Е 024 число букв, включая пробелы равно восьми, тогда 1 = 8 -log232 + 3 -log210 = 50 бит.
Поскольку среднее число букв в рукописном адресе W = 30 [58], то количество информации, содержащееся в почтовом адресе, в среднем составляет величину порядка 150 бит. Обработка такого количества информации связана с большими материальными и временными затратами. Для сокращения избыточности адресной информации почтовый адрес представляется специальным почтовым индексом, содержащим минимально необходимое количество информации для выполнения операции сортировки. При этом наряду с почтовым индексом на лицевую сторону почтового отправления наносится также полный почтовый адрес, используемый при доставке корреспонденции адресату или при возврате ее отправителю.
В настоящее время в России функционирует около 42000 предприятий почтовой связи. Если каждому из них присвоить определенный почтовый индекс, то количество информации, содержащееся в нем, будет равно log242000 »15,2 бит. Следовательно, введение индексации позволяет в не сколько раз сократить количество обрабатываемой управляющим устройством информации.
Для индексации почтового адреса в нашей стране выбраны десятичные цифры, что позволяет построить относительно простое опознающее устройство и, кроме того, десятичные цифры легче запоминаются отправителями [59]. За рубежом применяются различные варианты маркировки писем штрих-кодом [96, 106].С учетом роста сети предприятий почтовой связи, а также выделения части индексов для международной корреспонденции, в России введен шестизначный цифровой почтовый индекс. Количество информации, содержащееся в нем равно 6-log2l0 = 20 бит, что значительно меньше, чем в полном почтовом адресе. Одновременно имеется определенная избыточность, предусматривающая рост сети предприятий почтовой связи. Разнообразие в написании цифр почтового индекса клиентурой приводит к значительному усложнению опознающего устройства. Задача опознавания значительно упрощается, если наложить ограничения на написание цифр индекса, то есть выбрать тот или другой специальный шрифт. Основными требованиями, предъявляемые к специальным шрифтам, являются: простота нанесения знаков, хорошая контрастность, наличие в изображении знаков характерных признаков, облегчающих опознавание, невысокая стоимость и доступность устройства для нанесения индекса, простота устройства для опознавания индекса.
Множество разновидностей специальных шрифтов можно разделить на три основных класса: кодированные, стилизованные и нормализованные [59, 66, 90, 108, 115, 118, 123]. Знаки кодированных шрифтов представляют собой последовательность точек и линий, располагающихся в определенном порядке относительно друг друга. Для визуального контроля рядом с кодовыми символами наносится изображение цифры или буквы. Опознавание кодированных знаков заключается в преобразовании кодовых символов в двоичные кодовые комбинации, являющиеся эталонными для определения знаков специального кодированного шрифта. Кодовые знаки наносятся ти пографской или магнитной краской. На рис. 2.1. представлено несколько типов кодированных шрифтов (а - шрифт Бройдо; б - шрифт "Штейнометик"; в - Зимаг; г - СПКБ). Интерес представляет специальный кодированный шрифт, разработанный СПКБ Министерства связи СССР (НИИПС). Поле кодового штампа состоит из семи полос. Каждая полоса разделена на девять зон. Три верхние и три нижние полосы предназначаются для кодирования цифр шестизначного индекса. Цифра индекса кодируется двумя вертикальными штрихами в зоне с номером, соответствующим этой цифре. На кодовом штампе (рис. 2.1.) представлен почтовый индекс 247510. Четвертую полосу занимают синхронизирующие метки, необходимые для правильного считывания кодового индекса. Синхронизирующие метки и кодовый штамп наносятся в типографии, а кодовые метки проставляются отправителем ручкой или карандашом. Применяя кодированные шрифты, можно получить очень простое и экономичное опознающее устройство. Однако для нанесения его требуется специальная кодировочная аппаратура. Кодированный шрифт не удобен для отправителей, и обучение их связано со значительными трудностями. Поэтому этот метод не применяется для индексации письменной корреспонденции, но может быть использован для индексации посылок в отделениях связи, где для этих целей должна быть предусмотрена кодировочная аппаратура.
Стилизованные шрифты имеют жесткие ограничения в написании и размещении цифр. Изображение цифры при этом несколько отличается от общепринятого, однако содержит характерные контуры, позволяющие человеку опознать их. Знаки стилизованных шрифтов содержат определенные элементы кода: точки, горизонтальные, наклонные, вертикальные линии различной длины и толщины, на основании анализа которых опознающее устройство формирует двоичную комбинацию и принимает решение о принадлежности
Математическая постановка задачи
Поток письменной корреспонденции, поступающей в письмосортиро-вочную машину, является случайным в том смысле, что появление на входе машины писем с тем или иным адресом есть величина случайная [46, 48, 79, 80]. Поэтому в письмосортировочной машине с числом накопителей и, равным числу направлений сортировки т, даже при равной вероятности появления писем того или иного направления наблюдается быстрое наполнение одной части накопителей, другая часть из них в течение некоторого промежутка времени пустует. В реальных условиях при не равной вероятности появления писем разных направлений сортировки число свободных накопителей должно увеличиваться. Покажем справедливость этого утверждения.
Процесс сортировки письменной корреспонденции можно рассматривать как систему массового обслуживания. Элементами системы являются: 1. Поток требований, поступающий на вход системы. Под требованием будем понимать поступление на сортировку (обслуживание) письма одного из т направлений сортировки при условии, что в данный момент времени ни один из накопителей машины не занят обслуживанием данного направления. Следовательно, число требований, поступающих в данную систему массового обслуживания, равно т. 2. Обслуживающие аппараты - накопители. 3. Выходящий поток - пачки писем, выгружаемых из накопителей. Для определения влияния характеристик входящего потока требований на качество функционирования системы необходимо знать свойства потока. Можно считать, что продолжительность обслуживания требований, то есть время, в течение которого в накопитель поступит количество писем, необходимое для образования постпакета, имеет экспоненциальное распреде ление. Тогда поток требований, поступающий на вход системы, является пу-ассоновским.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что часть накопителей сортировочной машины пустует и степень их использования мала. Эти обстоятельства стимулировали поиск новых алгоритмов сортировки, позволяющих сократить число накопителей при заданном количестве направлений сортировки, так как стоимость письмосортировочной машины находится в прямой зависимости от числа накопи гелей.
По этой формуле был произведен расчет для письмосортировочных машин, устанавливаемых в основных узлах страны. Он показал, что АПСМ должны иметь конструкцию, позволяющую варьировать числом накопителей в машине от 128 до 256. Но данная формула предполагает ручную выгрузку писем из заполненных накопителей или выгрузку накопителей, закрепленных за определенным направлением. Выгрузка накопителей у современных разрабатываемых АПСМ должна вестись автоматически, поэтому применить предложенную формулу нельзя. При решении поставленной задачи приходится рассматривать два типа накопителей: индивидуальные, обслуживающие только одно направление и смешанные, объединяющие несколько направлений. Следует отметить, что непосредственного разделения накопителей в современных ЛПСМ типа МАП -У не происходит, так как предполагается автоматическая выгрузка и все накопители этой машины имеют одинаковый объем. Для сортировочных машин с числом накопителей, меньшим числа направлений сортировки (п т\ существуют различные алгоритмы сортировки. Разнообразие алгоритмов определяется выбором способа разгрузки накопителей.
В алгоритме сортировки с отказами накопители не закреплены за определенными направлениями сортировки. В каждый накопитель поступают в определенный промежуток времени письма только одного направления. При заполнении накопителя письма из него выгружаются, и при необходимости ему может быть присвоен другой код адресования. Выгрузка из накопителя происходит, если в нем имеется писем. Возможен другой метод выгрузки писем из накопителей, позволяющий достичь большего сокращения числа накопителей при заданной величине отказов. Выгрузка писем из накопителя происходит, если число писем в накопителе позволяет образовать постпакет. Минимальное число писем, при котором разрешается образовать постпакет , ограничено Почтовыми правилами и инструкциями о порядке сортировки письменной корреспонденции.
Для решения поставленной задачи, которая заключается в определении оптимального количества накопителей АПСМ, выберем параметр, исходя из значения которого можно судить о правильности выбора числа накопителей машины. Удобнее всего в качестве такого параметра взять число свободных накопителей, которое характеризует рациональность использования накопителей. Таким образом, задача состоит в следующем: необходимо составить программу, которая, имитируя работу АПСМ. позволяла бы получить число свободных накопителей машины в зависимости от параметров АПСМ и от некоторых характеристик потока писем [15,21, 67, 76].
Анализ компоновочных решений и оценка различных конструкций ТРС АПСМ
Наиболее важным компонентом сортировочных устройств, определяющим компоновку письмосортировочных машин, их конструкцию и производительность, являются транегюртно-распределительные системы, которые в свою очередь, характеризуются конструкцией носителей писем. Носители писем современных письмосортировочных машин можно разделить на две основные группы: конвейерные носители - общие для потока писем и индивидуальные для каждого письма носители, оснащенные избирательным транспортным средством. В качестве конвейерных носителей писем используются ленты (плоские ремни), направляющие пластины и ролики в их различном сочетании; цепи, тросы и ленты с закрепленными на них кассетами, толкателями или зажимами; кассеты с общим жестким основанием, гравитационные лотки, пневматические и электростатические устройства. Конвейерные носители охватывают одновременно все накопители письмосортиро-вочной машины, оснащаются общим транспортирующим средством. Поток писем при этом совмещается с общ ям распределительным каналом, по которому перемещается транспортирующее устройство. Примером такой транс-портно-распределительной системы могут служить ТРС АПСМ, производства английской компании "Триссель" и отечественной машины МПС-120 (МНС-184).
При теоретической производительности современной автоматической сортировки 40000 писем в час, проекции длины письма на направление движения 114-220 мм и времени срабатывания клапана 40 мс скорость транспортирования писем в потоке согласно в приведённой формуле составит 2,5 - 4,5 м/с. Даже меньшее значение этой скорости превышает предельно допустимую скорость транспортирования писем перечисленными носителями писем конвейерных устройств, в одних случаях в СРЧЗИ с резким возрастанием возможности механических повреждений писем, а в других случаях из-за ограничения предельной скорости перемещения самих носителей.
Таким образом, скорость перемещения писем в потоке можно значительно уменьшить, если носители писем выполнить индивидуальными и кинетически не связанными.
Исходя из вышесказанного, а так же учитывая опыт проектирования, эксплуатации письмосортировочных машин, можно сделать вывод, что наиболее перспективной является структура ТРС с индивидуальными носителя ми писем. При использовании данного типа носителей исключаются заторы писем в ТРС и, как следствие этого, повреждения писем; упрощается процесс коммутирования потоков письменной корреспонденции, а так же появляется возможность создания высокопроизводительных АПСМ при использовании многоканальных, ветвящихся или комбинированных распределительных систем. Рассматривая транспортно-распределительные системы как системы коммутирования непосредственно письменной корреспонденции или носителей писем, их можно классифицировать на последовательные, последовательно-параллельные, ветвящиеся и комбинированные, которые могут объединяться в многоканальные (параллельные и последовательные) независимые или взаимосвязанные транспортно-распределительные системы (рис. 4.1.). Введем условные обозначения: - — вводное устройство; С) - коммутатор; - транспортный канал; I I - накопитель писем; -7 — устройство автоматической выгрузки писем из накопителей; о - пачкообвязочный механизм с автоматическим укладчиком адресного ярлыка. На рис. 4.1.а, представлен граф простейшей линейной коммутационной системы с последовательным расположением двухпозиционных коммутаторов, один из которых связан с накопителем, а другой - с последующим коммутатором. Последовательно-параллельная коммутационная система (рис. 4.1.6.) образуется из нескольких простейших путем подключения нескольких входных коммутаторов. Ветвящаяся коммутационная система (рис. 4.1.в.) характеризуется работой входного коммутатора Л (коммутатор нулевой ступени) на несколько коммутаторов первой ступени, которые, в свою очередь, работают на ряд коммутаторов второй ступени и так далее, вплоть до накопителей системы, образующих последнюю ступень. На рис. 4.1.г. показана комбинированная коммутационная система, которая представляет собой ветвящуюся систему, работающую на ряд простейших последовательных коммутационных систем с накопителями писем. Если выходной коммутатор В не связан со входным А, система разомкнута, в противном случае — замкнута. Несколько комбинированных ТРС можно объединить в многоканальную ТРС с последовательным или параллельным вводом писем с одного или нескольких вводных устройств соответственно. Многоканальная система называется системой с независимыми каналами, если один канал не накладывает ограничений на пространственное размещение, характер движения и коммутацию объектов (писем или носителей) в других каналах. Если такие ограничения имеют место, каналы системы взаимосвязаны. Первостепенной задачей при проектировании высокопроизводительных автоматических письмосортировочных машин является оптимальная компоновка ее структурных элементов: накопителей, транспортных каналов, пространственных коммутаторов, вводных устройств, автоматических устройств выгрузки писем из накопителей.
Компоновка ТРС включает в себя два варианта: первый — прямолинейное размещение накопителей, второе - кольцевое размещение накопителей. Машины с линейной компоновкой имеют форму параллелепипеда, в котором для распределения писем по накопителям используются различного рода конвейеры. Накопители располагаются в один или в два ряда. Автоматические письмосортировочные машины с подобной компоновкой имеют весьма простую структуру. Однако при значительном числе накопителей резко увеличиваются производственные площади, занимаемые такими АПСМ. Для уменьшения производственных площадей, занимаемых письмо-сортировочными машинами, используют ветвящиеся траиспорт-но-распределительные системы, в которых накопители располагаются в несколько ярусов, что, в свою очередь, позволяет получить более компактную АПСМ. Примером письмосортировочных машин с линейной компоновкой являются машины МАП-1, МПСУ (Россия), Е-40 (Англия), FVM 771 (Германия), у которых ТРС построены по двух координатной системе распределения объектов коммутации, накопители писем расположены на двух и более ярусах. При таком построении ТРС автоматические письмосор- ировочные машины занимают значительный объем. Для уменьшения объема, занимаемого транспортно-распределительнои системой, применяют ветвящиеся ТРС, в которых распределение объектов коммутации осуществляется по нескольким координатам посредством пространственных коммутаторов, направляющих объекты коммутации в искомый ряд накопителей.
Похожие диссертации на Анализ и разработка методик и алгоритмов для расчета и функционирования письмообрабатывающих машин
