Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные основы создания Речных Информационные служб на ВВП. 12
1.1 . Нормативные документы по РИС и конвенция СУДС 12
1.2. Концепция построения АСУДС в районе водных путей и судоходства Нижней Одры. 39
1.3.Управление движением 55
Выводы по главе. 65
Глава 2. Алгоритмы функционирования и информационного обеспечения автоматизированной идентификационной системы . 67
2.1. Назначение и структура АИС. Особенности мониторинга. 67
2.2. Математическое обеспечение и оптимизация построения системы АИС. 75
2.3. Исследование зависимости оптимального радиуса зоны береговой станции АИС от основных параметров радиоканала и динамики судоходства.
Выводы по главе. 91
Глава 3. Концептуальные основы моделирования и построения наблюдателей для информационного обеспечения систем управления режимами движением судов . ' 93
3.1. Концепция оценки параметров моделей судовых динамических систем . ; 93
3.2. Рекурсивный метод оценивания и его приложения для идентификации параметров судовых динамических систем. 104
3.3. Концепция статического фильтра Калмана и модель оценивания для динамического подвижного объекта в турбулентном потоке. 115
3.4. Концептуальные основы синтеза наблюдателей для информационного обеспечения судовых систем управления и их оптимизации. .134
3.5. Методологические принципы построения наблюдателей для авторулевых и судовых гироскопических систем. 147
Выводы по главе.
Глава 4. Математическое сопровождение программно - целевого управления "река-море" политранспортным узлом .
4.1. Идентификация "река-море" политранспортных узлов региона ВВП 164
4.2. Статические процедуры прогнозирования суммарного грузооборота "река-море" транспортных узлов. 184
4.3. Вероятностная формализация динамики грузопотока политранспортного узла. 190
4.4. Вероятностные модели пространственно-временного распределения внутрипортовых грузопотоков. 207
Выводы по главе. 217
Глава 5. Управление информационными потоками в АСУ "река-море" политранспортного узла.
219
5.1. Информационно-статические методы анализа потоков в политранспортном узле. 219
5.2. Математические модели потоков. 230
5.3. Управление информационными потоками в ЦУДС ТУ. 254
Выводы по главе. 270
Заключение. 272
Литература.
- Нормативные документы по РИС и конвенция СУДС
- Назначение и структура АИС. Особенности мониторинга.
- Концепция оценки параметров моделей судовых динамических систем
- Идентификация "река-море" политранспортных узлов региона ВВП
Введение к работе
Вступление Польши в Европейский Союз представляет вызов для нашего внутреннего водного. транспорта. С запада к Одре подходят два канала, а именно:
Канал Одра - Хавеля, являющийся сообщением Щецин - Берлин,
Канал Одра - Шпрее, соединяющий Силезию с Берлином.
Каналы, соединяющие Одру с системой внутренних водных путей, обеспечивают сообщение с водными путями Франции, Люксембурга, Бельгии, Голландии и Германии на западе и Швейцарии и Чехии на юге. С севера Одра соединяется с Балтийским морем.
В восточном направлении Одра через Варту и Быдгощский канал сообщается с системой водных путей бассейна Вислы. Через Вислу и Буг польская сеть водных путей сообщается с водными путями России, Украины и Белоруссии. В северном направлении через Вислинский Залив есть сообщение с портом Калининград и с водными путями Литвы и Белоруссии.
Польша имеет сеть водных путей как в направлении север-юг, так и восток - запад. В связи с вышеуказанным мы должны включиться в европейскую систему внутренних водных путей как транзитная страна.
Улучшение условий судоходства в нижнем течении Одры, особенно на участке Канал Хавеля - Портовый Комплекс Щецин Свпноуйсьце создаст шанс роста перевозок в международном сообщении таких массовых грузов, как: каменный уголь, дробленые материалы, цемент и удобрения, и прежде всего сверхгабаритных грузов и контейнерных перевозок.
Соединение портового комплекса Щецин - Свиноуйсьце с системой внутренних водных путей Западной Европы, а особенно сообщение с
Берлином, позволит увеличить количество грузов, перевозимых морским путем и по внутренним водным путям.
Модернизация нижнего отрезка Одры приведет к:
- созданию международных взаимных уступок по пользованию водными
путями,
- улучшению параметров водного пути, чтобы они соответствовали
международным требованиям,
- улучшению навигационных условий,
- улучшению транспортных функций путем удлинения водных путей,
используемых как для перевозок внутри страны, так и в международных
перевозках, улучшению функционирования верфей и речных портов.
Конечно, решение указанных задач возможно лишь на пути использования современные и перспективных решений в классах таких структур, как "Речные информационные службы" (РИС) и "Системы управления движением судов" (СУДС) или "Автоматизированные системы управления движением судов" (АСУДС) на ВВП. Согласно установившейся в последние годы терминологии [1] указанные системы могут рассматриваться либо как варианты реализации, в целом, или как подсистемы, в частности, класса "Корпоративных речных информационных систем" (КРИС).
В связи с изложенным ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы по повышению эффективности управления судоходством на внутренних водных путях (ВВП) Польши на основе создания единого методологического подхода по разработке информационного и математического обеспечения систем автоматизированного управления судов в районе Нижней Одры.
Для достижения сформулированной цели в работе поставлены, обоснованы и решены следующие задачи:
1.Выполнен анализ современных системных основ создания и информационного обеспечения в корпоративных речных информационных
системах, реализуемых на базе речных информационных служб, призванных обеспечить эффективное управление судоходством на внутренних водных путях Польши. При этом учтен существующий отечественный и мировой, преимущественно, Европейский опыт создания СУДС и АСУДС на внутренних водных путях при логико - информационном синтезе Западно -Поморской региональной системы, вообще, и ее важнейшей составляющей - системы в районе Нижней Одры, в частности.
2.Разработана концепция построения АСУ ДС а районе водных путей и судоходства Нижней Одры как организационном, так и технологическом аспектах.
3.Предложены структурные решения, математическое и алгоритмическое обеспечение, а также методики решения многопараметрических стохастических задач, оптимизирующих структуру важнейшей подсистемы мониторинга и управления - автоматизированной идентификационной системы. Найдены аналитические решения для определения оптимального радиуса действия береговой базовой станции АИС с учетом влияния на судовые транспортеры помех в информационных каналах, взаимного перемещения судов относительно базовых станций и заграждающего рельефа.
4.Сформулированы концептуальные основы моделирования и построения наблюдателей для информационного обеспечения судовых систем управления режимами движения судов на внутренних водных путях, в том числе оценки параметров моделей судовых динамических систем, построения статического фильтра Калмана и модели оценивания динамического подвижного объекта в турбулентной среде, основ синтеза наблюдателей для информационного обеспечения судовых систем управления и их оптимизации.
5.Разработан комплекс решений по математическому сопровождению программно - целевого управления река - море политранспортным узлом. На основании системного подхода к анализу процесса функционирования
политранспортного узла доказана необходимость использования таких математических моделей как статической модели с накопителем без внутренней структуры, модели с накопителем по приоритетам вывоза груза, модели с накопителем ограниченной мощности. Методом главных компонент и кластерным анализом корректно решена задача идентификации река - море порта по объему и номенклатуре обрабатываемых грузов.
6. Предложены решения по информационно-статическим методам анализа информационных потоков в политранспортном узле и по алгоритмам управления такими потоками в автоматизированной системе управления река — море политранспортного узла.
Методы исследования. Общетеоретический базой проводимого исследования служат методы системного инженерно - кибернетического анализа, теория функционального анализа, кластерного анализа, линейных и нелинейных дифференциальных уравнений, теории случайных процессов и статических решений, теории массового обслуживания, методы моделирования на ЭВМ. Научная новизна. В результате проведенных исследований осуществлено теоретическое, экспериментальное и модельно - предсказательное обоснование и решение ключевых задач проблемы по повышению безопасности и эффективности управления судоходством на внутренних водных путях Польши на основе создания автоматизированных систем управления движением судов речной информационной службы района Нижней Одры, включая река - море политранспортный узел порта Щецин.
Основные новые научные результаты, полученные в работе и выносимые на защиту:
1. Методология построения высокоэффективной Западно-Поморской региональной информационной системы, вообще, и ее важнейшей составляющей — речной информационной системы в районе Нижней Одры, в частности, на основе современного системного подхода к структурной, информационной, алгоритмической и объектно — ориентированной реализации и новых информационных технологий
для создания и исследования сложных организационно -технических комплексов и систем в данной предметной области.
Методика синтеза логико - информационной модели и структуры автоматизированной системы управления движением судов в районе внутренних водных путей и судоходства Нижней Одры.
Методика синтеза структуры важнейшей системы АСУДС -автоматизированной идентификационной системы района Нижней Одры, топология которой учитывает вероятностные модели информационного канала, процесса перемещения судового транспондера относительно базовой береговой станции и заграждающего рельефа в УКВ диапазоне радиоволн.
Комплекс решений по моделированию и построению наблюдателей для информационного обеспечения судовых систем управления режимами движения судов на ВВП.
Комплекс решений по математическому сопровождению программно - целевого управления река - море политранспортным узлом, базирующихся на статических моделях с накопителем без внутренней структуры, с накопителем по приоритетам вывоза груза и с накопителем ограниченной мощности.
Методика и алгоритмы статического анализа информационных потоков в политранспортном река - море узле и алгоритмы управления такими потоками в АСУ ТУ.
Практическая ценность работы заключается в том, что созданы методология и инструментарий для разработки и внедрения на ВВП Польши высокоэффективной автоматизированной системы управления движением судов в районе Нижней Одры, соединяющей ВВП Германии (Одра - Хавель) до река — море политранспортного узла Щецин.
Предлагаемый в работе комплекс моделей, алгоритмов, программ и рекомендаций позволяет сформулировать решения по
топологической структуре высоко эффективной современной системы мониторинга и управления в структуре АСУ ДС - автоматизированной идентификационной системы, по выбору эффективного режима движения судов на ВВП и по эффективному использованию в транспортном процессе возможностей река - море политранспортного узла Щецин.
Результаты работы нашли внедрение в различных организациях, фирмах и предприятиях Польши и России.
Апробация работа. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на Российских и Международных конференциях и семинарах, на научных конференциях профессорско - преподавательского состава и заседаниях кафедр Государственной Морской академии Польши (г.Щецин) и Санкт - Петербургского Государственного университета водных коммуникаций в 2000 + 2006 гг.
Публикации. Содержание и основные результаты диссертации
опубликованы в работах, в том числе в одной монографии,
учебных пособиях, научно - технических статьях, отчетах
на НИР.
Структура и объем работы. Диссертация представлена в форме
рукописи, состоящей из введения, пяти глав и заключения. Общий
объем работы составляет страниц, в том числе рисунков,
таблиц * и списка использованных источников (литературы) из наименований.
Нормативные документы по РИС и конвенция СУДС
Термин "Речные Информационные службы (РИС)" / River Information Services (RIS) V сформировался в последние годы в нескольких проектах Европейского Союза [2,3] в качестве обобщающего понятия для любых интегрированных систем связи и информатики, использующихся на ВВП: реках, каналах, озерах и устьевых портах . Концепцией РИС предусматривается гармоничное и системное сочетание служб, обеспечивающих управление движением и транспортом в процессе судоходства на ВВП, включая взаимодействие с узлами других видов транспорта.
Концепция РИС основана на следующих тезисах: 1. Целью создания РИС является обеспечение безопасного и экономически эффективного судоходства на внутренних водных путях при максимальном использовании их ресурсов; 2. РИС - это интегрированная информационная структура, включающая СУДС и автоматизированные идентификационные системы (АИС), а также соответствующие им системы телекоммуникаций. 3. РИС собирает, обрабатывает, оценивает и распространяет информацию о водном пути, о движении флота и о судах; 4. Службы и системы управления движением и управления транспортом на внутренних водных путях должны гармонично строиться и сопрягаться на основе общих, международно признанных подходов; 5. Речные Информационные службы должны охватывать акватории озер, рек, каналов и портов в речных бассейнах, включая трансграничные акватории; 6. В зоне действия РИС могут быть организованы локальные СУДС для целей управления движением; 7. Суда, посещающие зону действия РИС, должны быть постепенно дооборудованы с целью соответствия требованиям РИС. Нормативные документы по РИС.
К настоящему моменту завершены работы по двум основным нормативным документам РИС: "The RIS Guidelines 2002" - "Руководство по Речным Информационным Службам" - подготовлено в Международной Ассоциации Судоходства (PIANC); "Inland VTGuidelines" - "Руководство по СУДС на внутренних водных путях" - подготовлено в Международной Ассоциации маячных служб (IALA). Оба документа коррелируют между собой. Рабочие группы в PIANC и IALA координирует свою работу с целью создания, в конечном счете, единого документа. Основные понятия и определения РИС На рисунке 1.1. представлена структура РИС. Зона действия РИС: зоной действия РИС является формально ограниченная территория, где РИС официально объявлена действующей. Зона действия может охватывать конкретную акваторию, речной бассейн, и т.д., в том числе трансграничный; Центр управления РИС: учреждение (офис).
Компетентный орган: учреждение, отвечающее по поручению государства за безопасность и эффективность судоходства, охрану окружающей среды в конкретном речном бассейне. Компетентный орган отвечает за планирование, организацию, ввод в эксплуатацию и содержание РИС; Администрация РИС: орган, отвечающий за управление, обеспечение функционирования и координацию информационных служб, взаимодействие с пользователями РИС; Пользователи РИС: Администрации водных путей, операторы СУДС, управления шлюзов, аварийные службы, судоводители, судоходные и агентирующие компании, грузоотправители, грузополучатели и т.д. Система управления движением судов на ВВП (СУДС - ВВП): СУДС ВВП - это служба, организованная Компетентным органом с целью повышения безопасности и эффективности управления судоходством, а также охраны окружающей среды. Служба располагается в Центре управления движением судов (ЦУДС), должна иметь возможность воздействовать на судопоток и реагировать на развитие событий в зоне действия СУДС; Зона действия СУДС: зоной действий СУДС является формально ограниченная акватория, где СУДС официально объявлена действующей. Зона действия СУДС может состоять из нескольких секторов (или субзон); Центр управления движением судов (ЦУДС): учреждение (офис), откуда осуществляется управление движением судов. Каждая субзона может иметь свой субг\гптр.
Назначение и структура АИС. Особенности мониторинга.
В рамках проводимых в Международной Морской Организации (ИМО) работ по пересмотру Главы 5 "Навигационная безопасность" Конвенции по охране человеческой жизни на море (СОЛАС) предполагается в ближайшее время приступить к внедрению на морском флоте принципиально новой Автоматизированной Идентификационной Системы (АИС). Внедряемая АИС будет предназначена для: обмена навигационными данными между судами при их расхождении в море; передачи данных о судне и его грузе в береговые системы; передачи с судна навигационных данных в береговые системы; управления движением судов (СУДС) и обеспечения более точной и надежной его проводки в зоне действия системы.
В соответствии с проектом Главы V Конвенции СОЛАС (документ NAV.45/5) и другими документами ИМО [7,8,9], начиная с 2002 года предусматривается обязательное оборудование универсальными АИС судов валовой вместительностью более 300 рег.тонн. При наличии соответствующей береговой инфрастуктуры обеспечивается визуальный и документальный контроль за движением судов в зоне обслуживания, что значительно повышает порог безопасности плавания. Также улучшается управление движением, что в свою очередь увеличивает пропускную способность всего водного пути [6].
С учетом того, что в соответствии с указанными решениями ИМО суда "река" и "река-море" будут оснащены универсальными АИС, а также из-за значительных преимуществ использования данной технологии в СУДС, предлагается использовать АИС на реке Одра в зоне ответственности СУДС "Щецин" и "Одра - Хавель".
Алгоритм функционирования АИС Судовой универсальный транспондер АИС; Береговая базовая станция АИС; Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС), в том числе в режиме использования дифференциальных поправок (ДГНСС).
Универсальная АИС, согласно определению ИМО - это судовая вещательная транспондерная система, работающая в УКВ-диапазоне морской подвижной службы. Она может отправлять информацию о судне и информацию о грузе на другие суда и берег. АИС может обрабатывать свыше 2000 донесений в минуту и обновлять сообщения каждые две секунты. АИС использует технические средства самоорганизующегося множественного доступа с временным уплотнением (SOTDMA).
Координаты и данные синхронизации обычно поступают от встроенного или внешнего приемника ГНСС (например, от GPS), в том числе от приемника ДГНСС, используемого для точного определения координат в прибрежных и внутренних водах.
Рекомендации ITU-R М. 1371-1. Технические характеристики универсальной судовой автоматической идентификационной системы, использующей множественный доступ с временным уплотнением в полосе морской подвижной службы. Стандарт IEC 61993-2 на испытания оборудования АИС (в стадии утверждения). Информация, предоставляемая в АИС Статистическая информация Статистическая информация поступает каждые 6 минут и по запросу: Номер MMSI (если имеется); Позывной и название судна; Длина и ширина; Тип судна; Положение приемной антенны системы определения местоположения на судне (в корме или в носу, по левому или по правому борту от диаметральной линии). Динамическая информация: Динамическая информация зависит от скорости хода и изменения курса (см. табл. 1.1.) Координаты судна с указанием точности и достоверности данных; Время по UTC; Курс относительно грунта; Скорость относительно грунта; Направление; Режим эксплуатации (например, судно, возможности управляться, на якоре, и т.д. - ручной ввод информации); Скорость поворота ( в случае маневра); Дополнительная информация - угол крена (при наличии датчика); Дополнительная информация - килевая и бортовая качка (при наличии датчика) Информация, связанная с выполняемым рейсом Информация, связанная с рейсом поступает каждые 6 минут, при изменении данных или по запросу: Осадка судна; Опасный груз (тип); Порт назначения в расчетное время прибытия; Дополнительная информация - план маршрута (опорные точки). Информация различного типа, определяемая как "статическая", "динамическая" или "относящаяся к рейсу", связана с различными временными периодами и, таким образом, требует различных скоростей передачи.
Концепция оценки параметров моделей судовых динамических систем
Современные суда, оборудованные мощными средствами обработки и отображения информации, содержат в своем составе управляющие комплексы, обеспечивающие эффективную работу энергетической установки и систем жизнеобеспечения экипажей во всех возможных условиях эксплуатации. Суда оборудованы информационно — измерительными системами, системами контроля технологических режимов, радиолокационными системами, картографическими средствами судовождения, базирующимися на открытой архитектуре, допускающей расширение компонентов и увеличение мощности. Однако, независимо от средств и уровня автоматизации, суда как движущиеся транспортные объекты еще длительное время будут управляться вахтенным составом с соответствующим уровнем профессиональной подготовки. Следовательно, судовые системы управления, к которым предъявляются исключительно высокие требования безопасности и безаварийности работы, еще длительное время будут оставаться эргатическими [22].
В эргатических системах при управлении полностью наблюдаемыми объектами, если управление осуществляется оператором, необходим непрерывный контроль переменных состояния и наблюдение за исправным состоянием управляемых объектов и источников информации для обнаружения "плохих" данных, которые появляются вследствие ухудшения работы датчиков информации и рабочих режимов самих объектов. Эта информация может использоваться для решения задач диагностики технического состояния судовых управляемых комплексов различного назначения [4]. Оценка состояния при отсутствии датчиков информации, производимая по модели, может применяться для псевдоизмерений в случае предсказания нагрузки и определения режимов работы управляемых объектов, согласно установленному порядку их эксплуатации, составленному исходя из организационной, ситуационной и технической потребности. От исправной работы датчиков, в том числе - от математических датчиков информации, непосредственно зависит надежность, безаварийность и безопасность эксплуатации судна.
Существенное расширение информационной сферы и современные технические средства позволяют широко использовать на судах оптимальные системы управления [25]. Законы управления, синтезированные на основе вариационного исчисления, динамического программирования, принципа максимума Л.С. Понтрягина, численных методов в непрерывном, либо дискретном времени, требуют обычно для реализации информации обо всем векторе состояния динамического объекта. Однако зачастую вектор состояния управляемого объекта недоступен измерению по техническим, либо иным причинам. В этих случаях он может быть вычислен по информации о результатах измерения вектора выхода, представляющего собой измерения лишь части элементов вектора состояния. Ввиду ошибок измерения и наличия сигналов помехи, эти вычисления не могут быть точными, и потому требуется производить оценку вектора состояния.
Если уровень помехи мал, то для обработки сигналов измерений, поступающих с датчиков информации, могут быть использованы квадратичные методы оценивания, а также различные классические процедуры сглаживания случайных ошибок измерений.
Наличие на борту судна вычислительных комплексов, предназначенных для обработки больших объемов цифровой информации и обладающих высоким быстродействием, позволяет на качественно новом уровне решать большой класс задач по управлению судовыми энергетическими комплексами и их элементами. Размерность этих задач, как правило, велика, и поэтому в процессе синтеза управлений требуется выполнять сложные матричные вычисления, связанные, как с реализацией процедур оптимизации, так и с идентификацией структур и параметров систем, построением моделей оценивания параметров и их использованием [29]. Если определена математическая модель системы, то, очевидно, может быть вычислена ее эволюция во времени при наличии информации о начальных (граничных) условиях, возмущениях и управлениях. Вычисления как непрерывном, так и в дискретном времени связаны с использованием оценки вектора состояния посредством блочной обработки совокупности измерений в реальном масштабе времени на основе современных алгоритмов, базирующихся на методе наименьших квадратов.
Для непрерывного и дискретного времени законы наблюдения имеют, соответственно, вид интеграла или суммы. После их преобразования к системе дифференциальных и разностных уравнений получение закона наблюдения может быть сведено к рекуррентной обработке последовательно получаемых результатов измерений [27].
Задача фильтрации может представляться в виде обобщения задачи наблюдения [20]. В процессе фильтрации учитываются как случайные возмущения, так и погрешности наблюдения, причем фильтр Калмана имеет ту же структуру, что и структура наблюдателя. Различие между ними состоит в том, что коэффициент передачи фильтра является оптимальным относительно заданных статистических свойств случайных возмущений и ошибок измерений. Такими случайными возмущениями могут быть ветер и волнение водной поверхности, воздействующие на корпус судна во время движения и влияющие на режимы работы судовой энергетической установки и системы рулевого управления; к ним можно отнести характер изменения нагрузки судовых дизель-генераторных агрегатов при выполнении сварочных работ и др.
Оценка состояния системы с помощью ее точной математической модели представляется чрезвычайно полезной. Наличие такой модели и, по сути, решение задач, относящихся к классу инверсных, позволяет по-новому реализовать процедуры диагностики технического состояния, создания математических датчиков информации. При этом могут подлежать измерениям не только переменные состояния при частичном или полном отказах датчиков, либо возникновении большого уровня искажений сигналов, но и при полном отсутствии таких датчиков в природе, а также в случаях высокой стоимости изготовления и сложности в эксплуатации. Наличие компьютерных систем в контурах управления судовыми комплексами и большие информационные резервы дают возможность построения полных наблюдателей и оценивателей и их использования для непрерывного контроля технического состояния всего энергетического комплекса по переменным состояния. Именно такой подход к решению проблемы информационного обеспечения позволит концептуально и предметно обеспечить безопасность и значительно повысить надежность автоматизированных систем, реализовать на практике сложные оптимизационные процедуры в динамике, обеспечить высокое качество фильтрации помех в каналах связи и передачи информации [17].
Идентификация "река-море" политранспортных узлов региона ВВП
Политранспортные узлы (ПУ) как сложные большие системы должны создаваться и управляться исходя из глобальной цели - достижения максимально эффективной работы транспортного коридора. Это предполагает широкое внедрение программно-целевого подхода, объективно вызванного следующими обстоятельствами: - сложным сочетанием многообразия целей, достижимых с помощью ПУ и разнородностью и объемами ресурсов, выделяемых на основе оценок приоритетности целей; - необходимостью соизмерения затрат на развитие отдельных подсистем ПУ с их вкладом в достижение целей; - возрастания числа альтернативных средств достижения целей, т.е. необходимостью целеориентированного анализа и выбора оптимальных решений на множестве альтернатив; - необходимостью координации и увязки комплекса работ, обеспечивающих поступательные достижения глобальной цели; - усиление влияния фактора неопределенности на выбор способов и средств достижения поставленных целей требует широкого применения современных математизированных управленческих процедур. К ним относятся методы снижения размерности и классификации, методы и методики прогнозирования показателей, современные технологии получения и обработки информации с учетом обратной связи - учетом изменения показателя "эффективность - стоимость".
Специфика программно-целевого подхода в современных условиях выхода ПУ за пределы экономической среды и учета социальных, экономических и политических аспектов требует тщательной разработки управленческой операции. Формулировка целей такой операции должна быть проведена в рамках определенной проблемной ситуации "продукт - узел", т.е. с учетом специфики транспортного узла, номенклатуры объемов груза, а также ограничений по обслуживанию и издержкам.
В последнее время широко используется плодотворный метод главных компонент в целях идентификации и классификации названных категорий.
Постановка задачи. Одним из базовых приоритетов внутренней и внешней политики государства в современных условиях является ускоренная интеграция ее торгового и транспортного комплексов в мировое логистическое пространство, создание благоприятных условий для свободного перемещения товаров, услуг, капитала и рабочей силы. При этом, большое значение придается упорядочению потоков экспортно-импортных грузов, сокращению всех временных стадий логистического цикла продукции. Сокращение длительности этих стадий достигается за счет узкой специализации функций на каждой из них. И в первую очередь - за счет специализации портов и терминалов.
Для портов характерно то, что они обладают множеством свойств, различными грузопотоками.
Например, такими как: уголь, руда, зерно, нефть и другими специфическими качествами, присущими объектам.
Многообразие свойств объектов порождает многовариантность решения задач. Поэтому возникает необходимость в свертывании, сжатии информации, что в конечном итоге приводит к образованию некоторых групп объектов, объединенных по определенным признакам.
В имеющейся литературе приведены различные варианты группирования объектов. Эти разбиения в основном осуществлялись на основе экспертных оценок для решения частных задач. Поставленную задачу необходимо системно решить с помощью метода главных компонент (МГК) и кластерного анализа.
Формирование алфавита классов портов сводится к задаче классификации объектов каждой группы с точки зрения их функционирования. Предложенная методика классификации портов с использованием метода главных компонент и кластерного анализа позволяет понизить размерность признакового пространства и разделить исследуемую совокупность объектов на группы однотипных объектов [37].
Задача формирования алфавита классов объектов может быть сформирована следующим образом. Задано множество типовых объектов (портов), характеризующихся некоторым набором признаков [38].
Функционирование каждого типового объекта количественно оценена известными методами. Требуется объединить объекты, близкие по указанным признакам в классы с целью последующего описания этих классов признаками, которые будут использоваться для анализа эффективности функционирования. Решение данной задачи может производиться в следующей последовательности: по количественным оценкам функционирования объектов проводится компонентный анализ. Результаты этого анализа позволяют сформировать некоррелированные факторы, определяющие вклад каждой оценки в общее различие объектов с точки зрения принимаемых решений. Далее полученные оценки факторов используются как основание для классификации объектов методом кластерного анализа. В результате кластерного анализа получаются классы объектов, близкие по свойствам, то есть формируется алфавит классов,
Сущность метода главных компонент для решения поставленной задачи заключается в следующем. Типовые порты описываются при помощи целого ряда признаков. Основными признаками могут быть объем и номенклатура грузов: Wegiel, Rudy, Zboze, Drewno, Ropa, Jnne masawe, Drobnica, Pasazeron и т.д.
Для того, чтобы учесть набор признаков, характеризующих объекты, строится корреляционная матрица, элементы которой учитывают тесноту линейной стохастической связи. Однако, при большом числе признаков характеристика выявленных связей становится труднообозримой задачей. Возникает необходимость в сжатии информации, то есть описание объектов меньшим числом обобщенных показателей, например, факторами или главными компонентами.
Главные компоненты являются более удобными укрупненными показателями. Они отражают внутренние, объективно существующие закономерности, которые не поддаются непосредственному наблюдению. При использовании метода главных компонент корреляционная матрица используется в качестве исходных данных для дальнейшего анализа наблюдаемых ранее значений признаков. Появляется возможность извлечения дополнительной информации об изучаемом объекте или процессе. Основной задачей, которую решает метод главных компонент, является следующая: описание изучаемого процесса числом главных компонент т, значительно меньшим, чем число первоначально взятых признаков п. Эта задача обусловлена наличием большего числа признаков и связей между ними. Главные компоненты адекватно отражают исходную информацию в более компактной форме.
