Введение к работе
Актуальность темы. Совершенствование средств вычислительной техники математического и программного обеспечения способствует развитию информационных технологий управления распределенными данными в темпе реального времени. Эти технологии и соответствующие программные продукты находят все более широкое применение, в том числе в рамках современных систем управления транспортными потоками на городских территориях, обеспечивающих оперативный режим идентификации подвижных объектов, контроля их положения, а также маршрутизации мобильных объектов патрульной службы.
Функционирующие в настоящее время в регионах нашей страны информационные системы реального времени реализуют несколько интерфейсов: аппаратно-программный комплекс «Поток»; различные комплексы видеофиксации транспортных средств; камеры видеонаблюдения, а также интерактивные системы наблюдения, реагирующие в момент включения определяющих датчиков, такие, например, как «КРИС» и др.
В условиях широкого использования информационных систем контроля на основе комплексов средств видеофиксации нарушений обеспечивается возможность не только формирования маршрутных карт движения конкретных объектов транспортного потока, и прежде всего криминальных, но и максимально оперативной фиксации нарушений дорожного движения, что непосредственно способствует уменьшению количества дорожно-транспортных происшествий.
Следует отметить, что задача программного управления объектами транспортных потоков носит системный характер и не ограничивается городскими магистралями, а связана также с организацией информационных систем, обеспечивающих в том числе идентификацию и информационный поиск криминальных автомобилей, а также на идентификацию транспортных объектов в условиях дорожно-транспортных происшествий. Функционирование таких систем связано со сбором и обработкой огромных объемов данных, учетом большого количества документов и постоянным составлением отчетов – как простых, так и подразумевающих встроенный механизм принятия решений. В условиях развития данных систем структурные источники информации определяют принципиальную гетерогенность интегрированных СУБД, вызванную неоднородностью используемых аппаратных и программных платформ, что существенно снижает уровень оперативности операций информационного поиска и принятия решений. Это обусловливает практическую актуальность решения вопросов создания специальных программно-аппаратных средств, позволяющих компенсировать гетерогенность соответствующих информационных пространств.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы продиктована необходимостью дальнейшего развития средств математического и программного обеспечения информационных систем реального времени, ориентированных на обработку данных в условиях управления транспортными потоками и обеспечивающих повышение уровня оперативности доступа к гетерогенным средствам контроля и идентификации подвижных объектов, а также оптимальной маршрутизации мобильных объектов.
Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные системы и программно-аппаратные комплексы», а также госбюджетной НИР кафедры «Автоматика и информатика в технических системах» (ГБ №504310).
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка комплекса средств математического и программного обеспечения управления данными об объектах транспортных потоков в распределённых информационных системах реального времени, на основе эволюционных методов и средств управления транзакциями, обеспечивающих повышение оперативности идентификации подвижных объектов, контроля их положения, а также маршрутизации.
Исходя из данной цели, в работе определены следующие задачи исследования:
анализ содержания и специфики решения задач управления данными об объектах транспортных потоков, а также современных подходов к построению распределенных информационных систем реального времени;
разработка моделей оперативной идентификации источников информации и контроля их положения на основе обработки данных транспортных потоков в темпе реального времени;
разработка алгоритма приоритетного распределения информационных объектов по уровню информативной значимости;
разработка оптимизационной модели оперативной маршрутизации мобильных объектов информационной системы;
разработка математического обеспечения системы управления данными об объектах транспортных потоков, позволяющего интегрировать гетерогенные базы данных в однородное информационное пространство на основе различных компьютерных платформ и операционных систем;
разработка средств программного обеспечения процессов обработки данных об объектах транспортных потоков в рамках распределенной информационной системы реального времени.
Методы исследования основаны на использовании соответствующих разделов аппарата теории моделирования, теории массового обслуживания, эволюционных методов, теории графов, экспертных систем, теории баз данных.
Научная новизна. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
предложены модели управления данными об объектах транспортных потоков в рамках распределенной информационной системы реального времени, отличающиеся реализацией процедур оперативной идентификации подвижных объектов и контроля их положения;
разработан алгоритм приоритетного распределения подвижных объектов по уровню значимости источников данных, обеспечивающий поиск кратчайших расстояний между вершинами графа информационной модели маршрутной сети;
предложена модель оперативной маршрутизации мобильных объектов, реализованная на основе эволюционных методов выбора оптимальных траекторий достижения оперативных источников информации;
разработаны средства математического обеспечения системы управления данными об объектах транспортных потоков, позволяющие осуществлять интеграцию гетерогенных баз данных, а также аппаратных средств контроля подвижных объектов в однородное информационное пространство;
разработаны средства программного обеспечения процессов обработки данных об объектах транспортных потоков в рамках распределенной информационной системы реального времени, обеспечивающие повышение качества и оперативности контроля подвижных объектов, а также маршрутизации мобильных объектов патрульной службы.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
предложен комплекс средств математического обеспечения распределенной информационной системы реального времени, реализующий возможность организовать эффективное управление данными об объектах транспортных потоков в условиях гетерогенной информационной среды;
разработано программное обеспечение, реализующее модели и алгоритмы обработки данных в информационной системе управления транспортными потоками, повышающее эффективность решения задач оперативной идентификации подвижных объектов и маршрутизации мобильных объектов патрульной службы.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные данными об объектах транспортных потоков в условиях гетерогенной
информационной среды. Результаты работы получили практическое внедрение в УГИБДД Воронежской области в рамках программно-аппаратного комплекса «Поток». Кроме того, они внедрены в учебный процесс при обучении студентов по дисциплинам «Моделирование систем», «Информационное обеспечение систем управления» на кафедре «Автоматика и информатика в технических системах» ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях и проектировании» (Воронеж, 2007), Всероссийской научно-технической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2008), I молодежной научно-практической конференции «Молодежь и наука: реальность и будущее» (Невинномысск, 2008), Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2010), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» и научных семинарах кафедры автоматики и информатики в технических системах (2007-2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] – модель распределенной базы данных, положенная в основу алгоритмов управления транзакциями; [2,3,4] – алгоритмы взаимодействия элементов гетерогенной информационной среды, обеспечивающие эффективный режим обработки данных; [5,6,7,8,9,10] средства формализованного описания процессов управления объектами дорожной мобильной патрульной службы в условиях гетерогенной информационной среды и контроля над объектами транспортного потока, генетический алгоритм поиска оптимальной вершины в графе.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 104 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 158 страницах, содержит 49 рисунков, 16 таблиц.
