Введение к работе
Актуальность темы исследования. Сегодня основными приоритетами при организации массовых мероприятий являются безопасность их посетителей и, соответственно, минимизация рисков угрозы их здоровью и жизни. В этой связи непрерывно ужесточаются правила и регламенты организации мероприятий с массовым участием людей. Кроме того, в условиях повышения уровня жизни людей закономерно возрастают требования к комфорту и безопасности во время проведения подобных мероприятий со стороны их посетителей.
Анализ современного мирового опыта проведения массовых мероприятий, показывает, что удается существенно снизить риски, связанные с возникновением нештатных ситуаций в ходе их проведения, на объектах, оснащенных информационными контрольно-пропускными системами (ИКПС), структура которых максимально адаптирована к особенностям потоков посетителей конкретного объекта. К основным функциям ИКПС относятся:
организация потоков посетителей на входах, выходах и внутри объекта;
управление разграничениями доступа;
сопровождение и контроль процесса прохода;
мониторинг текущего состояния системы, получение своевременных, актуальных и достоверных показателей ее работы в режиме реального времени;
накопление и дальнейший анализ статистических данных для принятия организационных и управленческих решений.
Необходимо отметить, что существует противоречие между современными требованиями безопасности, предусматривающими использование ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий, как следствие, высокой степенью ответственности их проектировщиков, и сложившейся практикой проектирования и внедрения данных систем, анализ которой показывает, что конструкторские решения в подавляющем большинстве случаев не имеют научного обоснования и принимаются на основе имеющихся эмпирических данных. При этом эмпирическая верификация предлагаемых конструкторских решений крайне затруднена в силу необходимости привлечения значительных организационных, человеческих, временных и финансовых ресурсов.
Таким образом, существует практическая потребность в создании научно обоснованной методики исследования особенностей функционирования ИКПС при ее проектировании и модернизации для объектов проведения массовых мероприятий, призванной проводить верификацию, объективный анализ, оценку и сравнение тех или иных конструкторских решений на этапе разработки эскизного и/или технического проекта подобных систем. При этом, принимая во внимание проблемы, возникающие при эмпирическом сравнении различных конструкторских
решений, представляется целесообразным следовать известному в системном анализе подходу, основанному на программной реализации соответствующей математической модели исследуемой системы.
Поскольку с точки зрения общесистемного подхода ИКПС следует отнести к классу сложных информационно-управляющих систем (ИУС), то в качестве методологии разработки математической модели ИКПС целесообразно использовать системный анализ (СА) - универсальную методологию решения подобных задач, обеспечивающую исследователя комплексом качественных и количественных методов, предназначенных для изучения структуры и законов функционирования и эволюции сложных систем. Выбранный подход определяет последовательность этапов решения рассматриваемой задачи:
-
анализ общесистемных требований, предъявляемых к ИКПС;
-
обоснование выбора методологии, используемой для общесистемного описания ИКПС;
-
создание концептуальной структурно-функциональной модели ИКПС, описывающей структуру изучаемой системы, информационные процессы, реализуемые между ее подсистемами и элементами, а также правила их взаимодействия друг с другом;
-
выбор на основе анализа структурно-функциональной модели ИКПС адекватного математического аппарата, используемого для разработки математической модели ИКПС;
-
разработка математической модели ИКПС и ее программной реализации; верификация математической модели ИКПС на основе анализа накопленных эмпирических данных.
Принимая во внимание формальное сходство между процессами прохождения заявок в системах, изучаемых в теории массового обслуживания (СМО), и потоков посетителей массовых мероприятий, представляется целесообразным использовать при построении математической модели ИКПС методологию СМО, предусматривающую построение вероятностных математических моделей и проведение статистических испытаний (имитационное моделирование (ИМ)). В тоже время следует отметить важные отличия в постановке задачи моделирования потоков посетителей массового мероприятия от классической задачи СМО. В последней для заданной конфигурации СМО известны количественные характеристики входного потока заявок, каждая из которых после некоторого ожидания в очереди обслуживается. В рассматриваемой задаче, во-первых, оказываются обработанными не все находящиеся в очереди заявки, часть из которых отклоняется (часть посетителей получает отказ в праве прохода на объект проведения массового мероприятия); во-вторых, отсутствует априорная информация о характеристиках входного потока посетителей (моменте начала ожидания прохода и, соответственно, времени ожидания в очереди), но имеется эмпирическая информация о потоках посетителей вошедших и не вошедших на объект проведения массового мероприятия.
Следовательно, для использования в рассматриваемой задаче классических подходов СМО требуется их соответствующая модернизация.
Таким образом, задача разработки методики исследования особенностей функционирования ИКПС представляет интерес как с практической, так и с научной точек зрения.
Объект исследования: информационные контрольно-пропускные системы объектов с массовыми потоками посетителей.
Предмет исследования: особенности функционирования
информационных контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий.
Цель диссертационной работы: научно обоснованная разработка методики исследования особенностей функционирования информационных контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий и ее программная реализация.
Для достижения поставленной цели в работе потребовалось решение следующих основных задач исследования:
-
Анализ современного состояния рынка ИКПС объектов проведения массовых мероприятий и их программного обеспечения.
-
Обоснование выбора научных методов, использованных для построения методики исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий.
-
Разработка методики исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий и ее программной реализации, адаптированной для Центрального стадиона г. Екатеринбурга, и ее верификация.
-
Применение разработанной методики в задаче оценки возможных конфигураций ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга, рассматриваемых в рамках реконструкции объекта для проведения матчей Чемпионата Мира по футболу FIFA 2018 года (ЧМ-2018).
Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, имитационного моделирования, математической статистики, дискретной математики и вычислительной математики.
Научная новизна полученных результатов. К основным новым результатам, полученным в диссертации, можно отнести:
1. Методику исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий, основанную на результатах их СА, реализующуюся следующей последовательностью действий:
-
Создание на основе интеграции SADT-методологий IDEF0 и IDEF3 структурно-функциональной модели ИКПС выбранного объекта.
-
Разработка имитационной модели ИКПС выбранного объекта, параметры которой идентифицируются на основе результатов анализа накопленной ранее статистической информации, и ее верификация.
-
Исследование особенностей функционирования особенностей ИКПС на основе имитационного моделирования, основная цель которого состоит в получении количественных оценок выбранных показателей
качества обслуживания посетителей.
-
Предложен алгоритм вычисления параметров потока поступления посетителей в очередь для прохода через отдельный турникет ИКПС, основанный на использовании статистических данных о прошедшем через турникет потоке посетителей и потоке посетителей, получивших отказ в праве прохода на мероприятие.
-
Построены, идентифицированы и верифицированы имитационная модель процесса прохождения массовых потоков посетителей через отдельный турникет ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга, а также имитационная модель ИКПС данного объекта, в целом.
-
Получены оценки количественных характеристик потоков посетителей футбольных матчей на основе анализа статистической информации, накопленной на различных стадионах Российской Федерации, свидетельствующие о наличии общих закономерностей изученных потоков посетителей, независящих от географического положения стадиона и конфигурации конкретной ИКПС, что позволяет тиражировать и использовать предложенные в диссертации решения на других футбольных стадионах и других объектах проведения массовых мероприятий.
Практическая значимость работы
Разработанная методика исследования особенностей
функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий была применена для Центрального стадиона г. Екатеринбурга, что позволило получить научно обоснованные оценки возможных проектных решений по модернизации ИКПС в рамках реконструкции Центрального стадиона г. Екатеринбурга для проведения матчей ЧМ-2018.
На защиту выносятся:
-
Методика исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий.
-
Результаты анализа статистической информации, накопленной на различных стадионах Российской Федерации, оценки количественных характеристик потоков посетителей футбольных матчей.
-
Алгоритм нахождения параметров потока поступления посетителей в очередь на проход через турникет ИКПС, основанный на использовании статистических данных о прошедшем через турникет потоке посетителей и потоке посетителей, получивших отказ в праве прохода на мероприятие.
-
ИМ процесса прохождения массовых потоков посетителей через отдельный турникет ИКПС, идентифицированную и верифицированную на основе статистики, собранной во время проведения футбольных матчей на Центральном стадионе г. Екатеринбурга.
5. ИМ ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга.
Достоверность полученных результатов подтверждается
обоснованным применением методов системного анализа, имитационного моделирования, математической статистики, дискретной математики и вычислительной математики и согласованностью результатов работы
имитационной модели ИКПС с накопленными статистическими данными. Внедрение результатов диссертационного исследования
Результаты диссертационного исследования использованы в ОАО «Центральный стадион» в ходе анализа работы ИКПС объекта, а также в ходе заседаний рабочей группы по проектированию реконструкции стадиона для принятия матчей ЧМ-2018.
Результаты диссертационного исследования были включены в инновационный проект, представленный на конкурсе, проведенном в 2013 г. Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. По результатам конкурса проект стал победителем программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК») 2013 г.
Апробация работы
Материалы работы докладывались на следующих научных конференциях: Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве» (ТГМ2012) с международным участием, г. Екатеринбург, 2012г.; Международной научно-практической конференции «Связь-Пром 2012», г. Екатеринбург, 2012 г.; Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Екатеринбург, 2012 г.; Международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития '2012», Украина, 2012 г.; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, 2012 г.; Международной научной конференции «Applied and Fundamental Studies», St. Louis, 2012 r.
Публикации по теме диссертации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, из которых в рекомендованных ВАК РФ периодических изданиях - 3, получено 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из 2 томов, включающих в себя введение, четыре раздела, заключение, список использованных источников, содержащий 99 наименований, и 6 приложений. Общий объем 1 тома составляет 163 страницы, в том числе 50 рисунков, 15 таблиц.
