Проблемно-ориентированная система поддержки принятия решений с использованием гетерогенной беспроводной среды Финогеев, Антон Алексеевич

Введение к работе

Актуальность темы. На сегодняшний день при создании автоматизированных систем на первый план выходят решение задач диспетчерского управления и поддержки принятия решений, а также наблюдение за процессами и явлениями антропогенного, техногенного и природного характера. Несмотря на то что на процесс принятия решений огромное влияние оказывает человеческий фактор, эффективность и качество управления зависят от того, насколько оперативно и своевременно будет получена необходимая и достоверная информация об объектах и процессах.

Особое место занимает достаточно критичная с точки зрения состояния и аварийности область жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) Российской Федерации. Хотя системы поддержки принятия решений активно внедряются в сферу ЖКХ, следует отметить достаточно низкую эффективность управления инженерными коммуникациями коммунального хозяйства в целом. Немаловажным фактором здесь является недостаточная оперативность получения достоверной информации в системах диспетчерского контроля инженерных коммуникаций и прочих техногенных объектов ЖКХ. Поэтому решение задач поддержки принятия решений на основе оперативного сбора, обработки, анализа данных об объектах и процессах в инженерных сетях и сооружениях, а также передачи информации по гетерогенной беспроводной среде является актуальной научно-исследовательской и прикладной проблемой.

Научные исследования и результаты, изложенные в диссертации, основаны на работах А. Б. Мархасина, А. Н. Ляхова, Д. А. Новикова, М. Б. Гузаирова, А. Л. Умнова, А. М. Бершадского, В. П. Кулагина, Я. Е. Львовича, В. А. Камаева, И. П. Норенкова и других российских ученых, а также зарубежных ученых, среди которых Petri Myllymaki, Timo Hamalainen, Georgios B. Giannakis, Alejandro Ribeiro, Chun-hung Li и др.

Диссертационная работа направлена на решение научной задачи, заключающейся в создании проблемно-ориентированной системы управления и поддержки принятия решений на основании информации, получаемой с датчиков и приборов промышленной автоматики, установленных на объектах инженерных коммуникаций. Актуальность исследований подтверждается необходимостью решения проблем теоретического и прикладного характера, связанных с диспетчерским управлением объектов, контролем процессов, внештатных и аварийных ситуаций на объектах ЖКХ с целью обеспечения лиц, принимающих решения, (ЛПР) оперативной информацией с использованием гетерогенных беспроводных сетей и компьютерными средствами обработки данных с модулями беспроводной связи.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание проблемно-ориентированной системы управления, поддержки принятия решений и дистанционного оперативного контроля инженерных коммуникаций в плане предотвращения аварийных и внештатных ситуаций. Для достижения цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Провести анализ предметной области, методов поддержки принятия решений, методов диспетчерского контроля и управления инженерными коммуникациями ЖКХ.

2. Разработать формализацию процесса поддержки принятия решений и сформулировать методику сбора, обработки и передачи информации об объектах и процессах диспетчерского управления в системе теплоснабжения ЖКХ.

3. Разработать компоненты математического обеспечения для управления процессами информационного обмена, энергопотребления и временной синхронизации в среде передачи и обработки информации в системе поддержки принятия решений (СППР).

4. Разработать архитектуру СППР и диспетчерского управления, описать методы сбора, аналитической обработки и передачи информации с датчиков и приборов промышленной автоматики на примере городской тепловой сети ЖКХ.

5. Разработать программно-аппаратные средства беспроводного дистанционного контроля инженерных коммуникаций для СППР городской службы теплоснабжения, провести испытания и экспериментальные исследования работы системы.

Объектом исследования диссертационной работы является система поддержки принятия решений при управлении службами ЖКХ и дистанционного контроля инженерных коммуникаций в сфере городского теплоснабжения.

Предметом исследования являются компоненты специального математического и алгоритмического обеспечения СППР, структура беспроводной транспортной подсистемы, алгоритмы сбора и обработки данных, архитектура системы.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, оперативной аналитической обработки данных (OLAP), мониторинга, теории принятия решений, теории управления, геоинформационных технологий, математического анализа, теории графов, объектно-ориентированного проектирования, теории баз данных, теории передачи данных, теории радиосвязи.

Научная новизна:

1. Предложено программно-техническое решение для проблемно- ориентированной системы поддержки принятия решений и диспетчерского управления, которое, в отличие от существующих, использует разработанное специальное математическое и алгоритмическое обеспечение для решения задач сбора, обработки и анализа информации с приборов промышленной автоматики инженерных объектов и коммуникаций теплоснабжающих предприятий с использованием беспроводной транспортной среды, включающей беспроводные сенсорные сети (БСС), сеть сотовой связи и спутниковой навигации.

5. 1. Разработаны компоненты специального математического обеспечения для управления процессами информационного обмена, энергопотребления и временной синхронизации в среде передачи и обработки информации в СППР, которые, в отличие от известных, учитывают динамику изменения состояний узлов сенсорной сети, временных характеристик передачи и обработки информации, энергосберегающие режимы работы узлов и всей транспортной среды.

   2. Разработаны алгоритмы управления процессами сбора и обработки информации от датчиков и приборов промышленной автоматики, установленных на блочно-модульных котельных (БМК) и теплоцентралях, для решения задач поддержки принятия решений, которые, в отличие от известных, предоставляют возможность выбора и управления процессом передачи информации в гетерогенной беспроводной среде, и позволяют оперативно реагировать на возникновение внештатных ситуаций и определять местоположение аварий на инженерных объектах теплоснабжения ЖКХ.

   3. Предложена проблемно-ориентированная система диспетчерского управления и поддержки принятия решений для решения задачи дистанционного контроля тепловых инженерных коммуникаций ЖКХ, которая, в отличие от существующих, использует технологию самоорганизующейся БСС и технологии сотовой связи при организации гетерогенной транспортной среды сбора, аналитической обработки и передачи информации.

   Практическая значимость. Диссертационные исследования выполнены в рамках приоритетного направления «Информационно- телекоммуникационные системы» и способствуют развитию критических технологий: создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии, снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф, обработки, хранения, передачи и защиты информации.

   Результаты исследований позволяют внедрять инновационные методы диспетчерского управления инженерных коммуникаций для поддержки принятия решений в структурах ЖКХ на основе сбора и обработки данных в режиме реального времени, в транспортной среде беспроводных сенсорных и сотовых сетей. Внедрение СППР позволит комплексно решать проблемы энергосбережения, оптимизации распределения, потребления и утилизации энергетических ресурсов.

   Достоверность и обоснованность результатов подтверждается совпадением результатов моделирования и экспериментальной проверки, внедрением и опытной эксплуатацией разработанных средств.

   Соответствие паспорту специальности. Работа выполнена в соответствии с паспортом специальности ВАК РФ 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации, пункт 5, частично 4,9.

   На защиту выносятся:

   5. 3. 1. Компоненты специального математического обеспечения для системного анализа гетерогенной беспроводной среды передачи и обработки информации в СППР.

         2. Алгоритмы сбора, обработки и анализа информации с возможностью управления процессами передачи данных.

         3. Проблемно-ориентированная система поддержки принятия решений с использованием гетерогенной беспроводной среды.

         4. Программно-техническая реализация системы поддержки принятия решений с использованием гетерогенной транспортной среды на базе БСС и сотовой связи для диспетчерского контроля инженерных коммуникаций.

         Внедрение результатов работы и связь с научными программами. Диссертационные исследования проводились на кафедре «Системы автоматизированного проектирования» Пензенского государственного университета (ПГУ) и выполнялись в процессе четырех НИР в рамках АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (20092011 гг.)» (заказчик - Минобрнауки РФ).

         Также исследования проводятся в процессе двух НИР в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

         По результатам диссертационной работы выполняется НИОКР по теме «Разработка программно-аппаратных средств и новых материалов для повышения надежности, качества и экономичности технических систем» в рамках программы «У.М.Н.И.К.» (государственный контракт № 8741р/13176 от 14.01.2011 г.).

         Результаты исследования внедрены в опытную эксплуатацию для МУП «Гортеплосеть» (г. Кузнецк Пензенской области), а также в учебный процесс ПГУ, Пензенского филиала РГУИТП, ПРЦДО.

         Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 34, 35, 36, 37, 38-й международных конференциях «Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе» (IT+S&E'07) (Украина, Ялта-Гурзуф, 2007-2011); International Conference «Electronic Imaging & the Visual Arts - EVA-2008» (Florence, Italy), 14th International Conference on Virtual Systems and Multimedia (Limassol, Cyprus, 2008); Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2009-2010); Международной конференции ИНФО- 2009 (Сочи, 2009); Международной научно-методической конференции «Новые образовательные технологии в вузе», НОТВ-2010 (Екатеринбург, 2010); V Международной научно-технической конференции «Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем» (Пенза, 2010); Всероссийской конференции «Проведение научных исследований в области информационно- телекоммуникационных технологий» (Москва, 2010); XVII Всероссийской научно-методической конференции «Телематика-2010» (Санкт- Петербург, 2010); IX Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2010).

         Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 работ, в том числе 9 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Наиболее значимые работы приведены в конце автореферата.

         В основных статьях, выполненных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: в [1] - описание архитектуры системы и методики событийного управления мобильными устройствами; в [2] - описание структур сенсорных и ячеистых сегментов гетерогенного информационного пространства и метода сбора информации на Bluetooth устройства;, в [3] - описание архитектуры виртуальной среды и методики передачи информации по самоорганизующимся сегментам; в [4, 6, 7] - описание системы оперативного дистанционного мониторинга городских тепловых сетей, способ удаленного детектирования и локализации повреждений тепломагистралей с помощью ZigBee моделей БСС; в [5, 9] - описание архитектуры гетерогенного информационного пространства и его сенсорных сегментов для поддержки процесса обучения.

         Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 169 страницах, списка литературы из 111 наименований, 3 приложений, содержит 44 рисунка, 55 формул и 1 таблицу.

         Похожие диссертации на Проблемно-ориентированная система поддержки принятия решений с использованием гетерогенной беспроводной среды

         

         Разработка методов и средств поддержки принятия решений для интегрированной инструментальной среды построения систем обработки информации и управления в машиностроенииПушкин Алексей Юрьевич

         

         Отказоустойчивые программно-аппаратные вычислительные комплексы систем управления бурением с использованием интеллектуальной поддержки принятия решенийЕгоршин Артем Юрьевич

         Система поддержки принятия решений в проектировании компонентов систем управления автоматизированным производствомДемчук, Ирина Валентиновна

         Система поддержки принятия решений при оценке профпригодности оператора эргатических систем (на примере транспортно-технологических машин)Петухов Игорь Валерьевич

         

         Обработка информации в системах поддержки принятия решений при управлении интегративными крупномасштабными производственными системамиЯговкин, Николай Германович

         Система поддержки принятия решений при оценке робастности сложных бортовых радиоэлектронных систем на базе COTS-продуктовБондарев, Андрей Владимирович

         

         Система поддержки принятия решений по выбору состава мультиверсионных информационно-управляющих системСеменько Татьяна Иннокентьевна

         

         Разработка системы поддержки принятия решений при социально-гигиеническом мониторинге состояния сердечно-сосудистой системы в условиях электромагнитной загрязненности Минайлов Роман Сергеевич

         

         Интеллектуальная система поддержки принятия решений на основе рассуждений по прецедентам : на примере задачи управления водохозяйственной системойКапыш, Александр Сергеевич

         

         Многомерная нечеткая классификация в системах поддержки принятия решенийЭль-Абуди Елена Валерьевна