1.pdf КР по Информ. технологии на транспорте
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
žКузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева¤
КАФЕДРА АВТОМОБИЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗОК
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА КОНТРОЛЬНЫХ ПУНКТОВ В ГОРОДЕ
Методические указания к лабораторной работе по дисциплине žИнформационные технологии на транспорте¤
для студентов направления подготовки 190700.62 žТехнология транспортных процессов¤, профилей 190701.62 žОрганизация перевозок на автомобильном транспорте¤ и 190709.62 žОрганизация и безопасность движения¤ очной формы обучения
Составитель Е. А. Ощепкова
Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры Протокол № 121 от 12.12.2012 Рекомендованы к печати
учебно-методической комиссией направления 190701.62 Протокол № 61 от 12.12.2012 Электронная копия находится в библиотеке КузГТУ
КЕМЕРОВО 2012
1
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Методические указания составлены на основании Федерального государственного стандарта высшего профессионального образования и с учетом рекомендаций Примерной программы по направлению подготовки бакалавров 190700.62 žТехнология транспортных процессов¤ профили 190701.62 žОрганизация перевозок на автомобильном транспорте¤ и 190709.62 žОрганизация и безопасность движения¤.
Дисциплина žИнформационные технологии на транспорте¤ относится к циклу профессиональных дисциплин, базовой части Б3.
Целью обучения дисциплины žИнформационные технологии на транспорте¤ является изучение студентами основ понятийного аппарата структуры и средств телематики в интеллектуальных транспортных системах транспортных и транспортнотехнологических систем автотранспортного комплекса страны, с точки зрения процессов функционирования и взаимодействия субъектов различных форм собственности, действующих в единой транспортной среде.
Задачи изучения дисциплины
Впроцессе изучения данной дисциплины студент знакомится с решением ряда задач, последовательно раскрывающих поставленную цель:
определение стратегии и тактики управления потоками информации в транспортных системах различного уровня сложности;
оптимизация процессов принятия управленческих решений при использовании информационных технологий в транспортных системах различной сложности;
основные методы определения местонахождения подвижных объектов;
маршрутизация транспорта и мониторинг его работы;
проектирование информационных управляющих систем.
Вданном методическом указании приводятся задания для проведения лабораторной работы, в процессе которой студенты изучают практическое применение методики контроля и оперативного управления движением автобусов на городских маршрутах в условиях внедрения АСДУ пассажирскими перевозками.
2
Форма текущего контроля – выполнение контрольных заданий, приведенных на стр.8 данного методического указания.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА КОНТРОЛЬНЫХ ПУНКТОВ В ГОРОДЕ
Цель работы ознакомление с методикой контроля и оперативного управления движением автобусов на городских маршрутах в условиях внедрения АСДУ пассажирскими перевозками.
Общетеоретические положения
Автоматизированные системы диспетчерского управления движением маршрутизированного городского пассажирского транспорта различного типа и различных поколений были внедрены более чем в 500 городах Российской Федерации. Первые проекты разрабатывались в Омске, Москве, Нальчике, Челябинске и в ряде других городов России и других странах бывшего
СССР в конце 60-х годов прошлого века. Характерной особенностью всех систем первого поколения является использование локальной навигации для инструментального фиксирования факта и времени проезда транспортных средств ГПТ за счет установки и использования физических устройств контрольных пунктов на маршрутной сети городского транспорта.
В разных системах диспетчерского управления применяется различный состав аппаратных средств в составе устройства контрольного пункта. По способу передачи информации о факте проезда транспортного средства в центр, контрольные пункты можно разделить на проводные, которые передают данные по линиям городской телефонной сети (ГТС) и радиотехнические, передающие информацию по радиоканалу. Количество необходимых для установки контрольных пунктов (КП) в таких системах значительно. Так маршрутная сеть городского транспорта среднего по величине города žзакрывается¤ несколькими десятками устройств контрольных пунктов (УКП).
Ниже рассмотрены основные характеристики традиционных (ручных) и автоматизированных отечественных диспетчерских систем на городском пассажирском транспорте.
3
1. Система ‡АСДУ-А‹.
Автоматизированная система диспетчерского управления автобусами (АСДУ-А) является самой первой отечественной автоматизированной системой диспетчерского управления автобусами. Она была разработана СПКБ žПромавтоматика¤ в городе Омске в конце 70-х годов прошлого века и предназначалась для внедрения в крупных городах России.
С технической точки зрения система реализована следующим образом. На маршрутной сети ГПТ устанавливаются устройства контрольных пунктов (УКП), обеспечивающих прием отметок от транспортных средств, находящихся в зоне контрольного пункта, за счет использования электромагнитной петли, встраиваемой непосредственно под покрытием на проезжей части в зоне остановки контрольного пункта.
Расстановка УКП на маршрутной сети выполняется так, чтобы на каждом маршруте находилось не менее двух УКП.
Каждое транспортное средство, контролируемое системой, оборудуется устройством подвижной единицы (УПЕ). При проезде транспортного средства в непосредственной близости от электромагнитной петли формируется сигнал — žотметка¤, которая передается устройством контрольного пункта по линиям ГТС. Отметка содержит информацию о номере транспортного средства и времени формирования отметки. Далее эта отметка по выделенной телефонной линии передается в диспетчерский центр. Голосовая связь между диспетчерами и водителями транспортных средств в системе АСДУ-А отсутствует.
2. Система ‡НЭЖАН‹.
Автоматизированная система диспетчерского управления автобусами žНЭЖАН¤ была разработана в столице КабардиноБалкарии городе Нальчик в начале 80-х годов прошлого века. Она предназначалась для внедрения в средних и малых городах России.
3.Система ‡АСУ-Рейс‹.
Автоматизированная система диспетчерского управления автобусами žАСУ-Рейс¤ была разработана для ГУП žМосгортранс¤ города Москвы в 80-х годах прошлого века.
С технической точки зрения система реализована следующим образом. На контрольных пунктах маршрутной сети ГПТ устанавливаются радиомаяки, которые с определенной перио-
4
дичностью посылают в эфир информацию о собственном идентификационном номере. На транспортном средстве устанавливается устройство подвижной единицы, состоящее из приемника, улавливающего сигналы от радиомаяков, радиостанции УКВ-диапазона и радиомодема. Полученный идентификационный номер от радиомаяка дополняется в устройстве подвижной единицы текущим значением времени и передается в центр по радиоканалу для дальнейшей обработки.
Наличие УКВ радиостанции позволяет организовать голосовую связь диспетчера с водителем в любой точке маршрута. Кроме того, УПЕ в системе АСУ žРейс¤ позволяет водителю посылать формализованные запросы и сообщения. В свою очередь, после обработки сигнала от УПЕ, диспетчерский центр посылает УПЕ информацию о величине времени отклонения от расписания при прохождении очередного КП.
К основным недостаткам большинства традиционных отечественных систем диспетчерского управления на основе локальной навигации можно отнести следующие:
Отсутствие режима непрерывного мониторинга;
Недостатки, связанные особенностями формировании отметок на контрольных пунктах в системах žНЭЖАН¤ и žАСДУ-А¤;
Отсутствие оперативного взаимодействия žборт — диспетчерский центр;
Недостатки, связанные с необходимостью установки и эксплуатации оборудования контрольных пунктов.
С 1993 по 2002гг. контроль и учет работы пассажирского транспорта, в г. Кемерово, осуществляется с применением системы АСУ žНЭЖАН – АК¤.
С технической точки зрения система АСУ ‡НЭЖАН – АК‹ реализована следующим образом (рис. 1). На контрольных пунктах маршрутов движения ТС ГПТ устанавливаются два типа устройств контрольных пунктов: радиомаяки (РМ) и радиоретрансляторы (УКП).
Каждое транспортное средство, контролируемое системой, оборудуется устройством подвижной единицы (УПЕ).
Радиомаяки периодически передают свои номера в радио эфир. Устройство подвижной единицы, устанавливаемое на транс-
5
портном средстве, находясь в непосредственной близости от радиомаяка (в радиусе несколько десятков метров), принимает сигналы от маяков и сохраняет их во внутреннем буфере в виде записи следующей структуры: номер маяка; время получения отметки.
Рис. 1. Принципиальная схема АСУ типа žНЭЖАН – АК¤
Задачей ретрансляторов является прием от УПЕ транспортного средства накопленных отметок и передача их по линиям городской телефонной связи (ГТС) в диспетчерский центр для дальнейшей обработки.
Помимо передачи накопленных отметок на ретранслятор, устройство подвижной единицы транспортного средства обеспечивает голосовую связь водителя с диспетчером в зоне действия ретранслятора (радиус действия ретранслятора составляет несколько десятков метров).
Поскольку ретранслятор стоил на порядок дороже радиомаяка, как правило, ретрансляторы устанавливались только в конечных точках маршрута.
Основной проблемой при внедрении АСДУ типа žНЭЖАН – АК¤ являлось определение оптимального количества устройств контрольных пунктов. Исходные данные для решения этой задачи были получены при классификации маршрутных сетей городов:
•mi- число маршрутов i–го ранга;
•Qi - среднее значение пассажиропотока на маршруте i–го
ранга;
•hi - среднее значение частоты движения автобусов на маршруте i–го ранга.
Классификация маршрутов проводится по рангам. Анализ маршрутных сетей городов показывает, что возможные значения ин-
6
тервалов движения лежат в диапазоне от 2 до 80 минут, продолжительность рейсов от 30 до 160 минут. Для данных диапазонов интервалов и продолжительности рейсов установлены диапазон числа автобусов на маршрутах от 2 до 40 единиц и диапазон частоты движения от 0,012 до 0,5 авт./ мин. Указанный диапазон частоты движения разделен на 5 интервалов, каждый из которых является рангом маршрута.
Таблица 2
Классификация маршрутов по рангам
Ранг |
Интервал, мин |
Частота движения, |
Число |
|||
маршрута |
авт/мин |
автобусов, ед |
||||
|
|
|||||
1 |
|
2 |
0,5 – 0,4 |
15 |
– 40 |
|
2 |
3 |
– 5 |
0,4 – 0,2 |
10 |
– 40 |
|
3 |
6 – 10 |
0,2 – 0,1 |
3 – 15 |
|||
4 |
11 |
– 20 |
0,1 – 0,05 |
2 – 10 |
||
5 |
21 |
– 80 |
0,05 – 0,0125 |
2 |
– 5 |
|
При статистическом анализе работы автобусного транспорта определена годовая экономия от снижения времени ожидания пассажиров на маршруте i–го ранга при контроле движения на нем в j = 2, 4, 6, 8 контрольных пунктах:
E |
|
s(tio tij ) |
*Q *365 |
(1) |
|
||||
ij |
60 |
i |
|
|
где s – стоимостная оценка часа времени пассажира, p.; tio – среднее время ожидания пассажира на маршруте i–го ранга при отсутствии контроля и управления движением автобусов, мин; tij
– среднее время ожидания пассажира на маршруте при контроле движения и оперативном управлении автобусами в j–x контрольных точках, мин; Qi –среднее количество перевозимых пассажиров на маршруте i–го ранга за сутки, пасс.
Введем переменные (i = 1…5), равные числу контрольных пунктов на маршруте i–го ранга, причем n=2, 4, 6, 8. Тогда доход от контроля движения автобусов на маршрутной сети будет равен:
5
E(n1, n2,..., n5) Ein mi (2) i 1 i
Суммарное число N контрольных пунктов маршрутной сети можно определить как:
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
5 |
|
(3) |
|
N (n ,n ,...,n ) |
n m |
|||||
|
||||||
1 2 |
5 |
KH i 1 |
i i |
|
||
где КH – коэффициент положения можно определить по формуле:
1 m
KH L k 1lk
маршрутов, который
(4)
где L – длина маршрутной сети города, км; lk – длина k-ого маршрута, км; m – число маршрутов.
Кзатратам С на установку устройств КП можно отнести:
стоимость оборудования;
затраты на строительные, монтажные, пусконаладочные работы;
затраты на аренду линий связи.
Затраты на оборудование устройствами КП всей маршрутной сети можно определить как
|
|
1 |
5 |
|
|
Z (n , n ,...,n ) C |
n m |
||||
|
|||||
1 2 |
5 |
KH i 1 |
i i |
||
Введем целевую функцию прибыли:
W (n1, n2,..., n5) E(n1, n2,..., n5) Z (n1, n2,..., n5)
|
|
5 |
|
|
C |
|
5 |
|
|
W (n , n ,....,n ) |
E |
m |
n m w (n ) |
||||||
|
|||||||||
1 2 |
5 |
i 1 |
ini |
i |
KH i i |
i 1 |
1 1 |
||
(5)
или
(6)
Для определения максимума этой функции достаточно найти максимумы для всех i и полученные максимальные значения сложить.
Анализ маршрутной сети ряда городов показал, что
1<m1<5; 1<m2 <20; 1<m3; 1<m4; 30<m5; а КH={2,5; 6}.
Для практических рекомендаций по определению числа КП в условиях конкретного города при указанных возможных mi и КH определены только максимальные значения целевой функции.
Так, на маршрутах первого и второго рангов оптимальное число КП для всех КH=2,5...6,0 равно 8 (т.е. no1=no2=8).
На маршрутах третьего ранга no3=6 для КH=2,5...5,0 и no3=8
для КH=5,5 и 6,0.
На маршрутах четвертого ранга no4=4 для КH=2,5...5,0 и
8
no4=8 для КН=5,5…6,0
На маршрутах пятого ранга для всех ni=2, 4, 6, 8 и при значениях КH=2,5...6,0 значения целевой функции отрицательны
Контрольные задания
1.При m1=0; m2=12; m3=26; m4=24; m5=8; КH =5,0; no2=8; no3=6; no4=8 определить необходимое количество устройств контрольных пунктов в данном городе.
2.Перечислите, что относится к затратам С на установку устройств контрольных пунктов?
3.При следующих исходных данных определите, каковы будут затраты на установку устройств контрольных пунктов (на примере маршуртов 3–го ранга). Длина маршрутной сети города
–120км., длина k-ого маршрута (в среднем) – 10км., число маршрутов – 30, затраты на установку одного устройства КП – 1000р.
4.Какова будет годовая экономия от снижения времени ожидания пассажиров на маршруте 3–го ранга при контроле движения на нем в j = 4 контрольных пунктах, если: среднее время ожидания пассажира на маршруте сократится на три минуты; стоимостная оценка час времени пассажира – 50р., средний пассажиропоток на маршруте составит – 8000пасс?
5.Почему при определении оптимального количества контрольных пунктов сумму множителей (количество Кп и число маршрутов) корректирую на величину коэффициента положения?
6.Укажите основной недостаток АСДУ типа žНЭЖАН – АК¤ (с точки зрения оперативного управления движением).
7.Назовите основные отличия АСДУ типа žНЭЖАН – АК¤ и АСУ žРейс¤.
8.На примере принципиальной схемы АСДУ типа žНЭЖАН – АК¤ постройте схему АСДУ-А.
9
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Автоматизированные системы управления на автомобильном транспорте: учебник для образоват. учреждений сред. проф. образования / под ред. А. Б. Николаева. – М.: Академия, 2011. – 288 с.
2.Информатика: учеб. пособие для студентов техн. специальностей и направлений [Электронный ресурс] / Л. С. Таганов,
А.Г. Пимонов; ГОУ ВПО žКузбас. гос. техн. ун-т¤. – Кемерово,
2010. – 330с. Режим доступа: http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90006&type=utchposob:common,
свободный.
3. Информационные технологии на автомобильном транспорте: учебное пособие: для студентов специальности 190701.01 žОрганизация перевозок и управление на транспорте (Автомобильный транспорт)¤ очной формы обучения [Электронный ресурс]/ Е.А. Ощепкова – Электрон. дан. – Кемерово: КузГТУ, 2012. Режим доступа: http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90798&type=utchposob:common,
свободный.
4.Правовое обеспечение информационной безопасности: учебник для курсантов и слушателей учреждений высш. проф. образования МВД России по специальности 090106 "Информационная безопасность телекоммуникационных систем"/ под ред.
В.А. Минаева [и др.] – М.: Маросейка, 2008. – 368с. Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/96249
5.Современные средства ЭВМ и телекоммуникаций: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по гуманитар. и соц.- экон. специальностям и направлениям / Г. М. Антонова, А. Ю. Байков. – М.: Академия, 2010. – 144с.