Алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы для оценки взаимного влияния территорий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат наук Жданова Екатерина Николаевна

• Жданова Екатерина Николаевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Жданова Екатерина Николаевна

Введение

1. Аналитический обзор научно-технической и методической литературы по проблеме информационного обеспечения комплексной безопасности участка транспортной системы и прилегающих территорий

Выводы

2. Информационно-измерительная система мониторинга состояния транспортной системы и прилегающих территорий

2.1 Реализация взаимодействия между подсистемами

2.2 Нормированные шкалы

2.2.1 Формирование оценки состояния железнодорожного пути (О1)

2.2.2 Формирование оценки состояния прилегающей территории (О2)

2.2.3 Правила описания геотаксонов

2.4 Формирование оценки последствий возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера (О3)

2.4.1 Чрезвычайные ситуации техногенного характера

2.4.2 Чрезвычайные ситуации природного характера

2.4.3 Методика оценки последствий взрывов ТВС

2.4.4 Методика оценки последствий крупных лесных пожаров

2.4.5 Формирование динамических зон

2.5 Формирование оценки влияния железнодорожного пути на

прилегающую территорию (О4)

Выводы

3. Оценка влияния прилегающей территории и железнодорожного пути

3.1 Методика оценки коэффициента интенсивности влияния геотаксонов на

железную дорогу

3.1.1 Формирование участков анализа железной дорог

3.1.2 Алгоритм расчета коэффициента интенсивности влияния геотаксонов

на железную дорогу

3.1.3 Определение степени влияния геотаксонов

3.1.4 Определение влияния геотаксонов на участок железной дороги

3.2 Методика оценки коэффициента интенсивности влияния железной дороги на прилегающую территорию

3.2.1 Формирование участков анализа железной дороги

3.2.2 Алгоритм расчета коэффициента интенсивности влияния железной дороги на прилегающую территорию

3.2.3 Определение степени влияния железной дороги

3.2.4 Определение влияния участка анализа железной дороги на прилегающую территорию

3.3 Формирование рекомендаций режима работа участка транспортной системы

3.4 Вопросы обеспечения достоверности оценок

Выводы

4. Разработка геоинформационного проекта

4.1 Создание топоосновы проекта

4.2 Формирование групп геотаксонов и их параметров

4.3 Формирование линейных участков и участков анализа ЖД

4.4 Автоматизированные расчеты

4.4.1 Язык программирования Python

4.4.2 Скрипт для расчета коэффициента интенсивности влияния геотаксона

на участок анализа железной дороги

Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение А. Алгоритм оценки последствий взрывов топливно-воздушной

смеси

Приложение Б. Алгоритм оценки последствий крупных лесных пожаров

Приложение В. Расчет доверительного интервала коэффициента интенсивности влияния

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

GIS - Geographic Information System / Географическая информационная система

GPS - Global Positioning System / Система глобального позиционирования АСУ-П - автоматизированная система управления БД - база данных

БГИС - бортовая геоинформационная система

БИНС - бесплатформенная инерциальная навигационная система

БП - бортовая подсистема

ВОБР - волоконно-оптические брэгговские решетки ГИС - геоинформационная система

ГЛОНАСС - глобальная навигационная спутниковая система

ГО - гражданская оборона

ЖД - железная дорога

ЖДП - железнодорожный путь

ЗА - зона анализа

ИИМ - инерциальный измерительный модуль

ИИС - информационно-измерительная система

ИНТЕГРАЛ - диагностический комплекс инфраструктуры

КЛУ - конец линейного участка

ЛП - лесной пожар

ЛУ - линейный участок

ММ - микромеханический модуль

МЧС - Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны,

чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий

НЛУ - начало линейного участка

ОПТП - опасный природно-техногенный процесс

ПА СНС - приемная аппаратура спутниковых и навигационных систем

ППУ - приемо-передающее устройство

ПЧ-21 - Дновская дистанция пути РП - рельсовый путь

СГИС - стационарная геоинформационная система

СП - стационарная подсистема

СПД - система передачи данных

ССКО - скользящее среднеквадратическое отклонение

ТА - точка анализа

ТВ - точка влияния

ТВС - топливно-воздушная смесь

ТС - транспортная система

УА - участок анализа

ЧС - чрезвычайная ситуация

ЦМП - цифровая модель поверхности

ЦП - центральная подсистема

ЭРА - автоматизированный диагностический комплекс контроля состояния технических объектов железнодорожной инфраструктуры

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы для оценки взаимного влияния территорий»

ВВЕДЕНИЕ

Развитие транспортной системы (ТС) в современных условиях играет большую роль для экономики страны, обеспечения безопасности и развития ее производственного потенциала. Транспортная система связывает различные районы, предприятия и отрасли народного хозяйства.

Элементами, формирующими современную транспортную систему, являются все морские и речные судоходные пути, железные, автомобильные дороги, трубопроводы для транспортирования нефти и газа, сеть воздушных авиалиний [1].

Транспортная система имеет очень сложную и разветвленную структуру, каждая часть которой неотъемлемо связана с эффективным функционированием системы в целом.

Однако стоит отметить главные недостатки транспортной системы. Это ее технический и технологический уровни [2]. Часто транспортная инфраструктура требует реконструкции и нового строительства, транспортные средства изнашиваются и функционируют на критическом уровне. Зачастую перевозки могут включать в себя опасные грузы. В виду этого возникают вопросы безопасности. Аварии на транспорте могут возникать в случае несвоевременного обнаружения неисправности пути следования, наличия опасных объектов рядом с путями, высокой вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) как на прилегающих территориях, так и на самом транспорте. Транспортные катастрофы влекут за собой человеческие жертвы, разрушение и уничтожение прилегающей инфраструктуры, загрязнение окружающей среды.

Согласно программе стратегического развития транспорта на период до 2030 года предусмотрена его коренная модернизация на основе прорывных инновационных технологий, информационных технологий, решения вопросов комплексной безопасности [3, 4].

Перспективным решением обеспечения безопасности транспортной системы является непосредственная диагностика текущего состояния системы и прилегающей инфраструктуры, при этом необходимо учитывать особенности транспортной системы, ее протяженность, распределенность по территории, наличие разнообразных дефектов, влияние природных и техногенных объектов, сезонность, климат, рельеф местности и др.

Стремительный рост и развитие транспортных систем предполагает увеличение как грузовых, так и пассажирских перевозок, а также увеличение риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, что ведет к экономическому и социальному ущербу.

Таким образом, для обеспечения устойчивого перевозочного процесса и предупреждения чрезвычайных ситуаций, возникает необходимость создания алгоритмического обеспечения информационно-измерительной системы (ИИС) мониторинга с использованием геоинформационной технологии, а также разработка программных интерфейсов конечного пользователя с использованием геоинформационных систем (ГИС).

Разрабатываемое алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы предназначено для мониторинга транспортной системы и прилегающих территорий, анализа состояния и подготовки информационной основы для принятия решений.

Сама система мониторинга представляет собой совокупность стационарных, бортовых и центральной информационно-измерительных систем, строится на базе географической информационной системы и обеспечивают сбор, обработку и представление информации по участкам анализа (УА) транспортной системы и прилегающей территории.

Система обеспечивает обмен данными между всеми подсистемами с целью формирования информации, предупреждающей о предаварийном и аварийном состоянии системы и технических сооружений. С помощью данной системы появляется возможность:

• производить сбор в реальном времени измерительной информации от бортовой ИИС;

• проводить анализ текущего состояния системы, сравнивать характеристики с нормативными данными и данными предыдущего контроля;

• передачи информации на центральный пункт, в центральную подсистему (ЦП) для принятия решений.

Использование геоинформационной технологии позволяет проводить пространственный анализ по поступающей оперативной информации в реальном времени, использовать статистические данные всех проездов, автоматически выявлять и отмечать критические места, отображать состояние транспортной системы на карте, отображать и анализировать состояние прилегающей территории, моделировать ЧС в режиме реального времени с учетом параметров окружающей среды (температура воздуха, скорость и направление ветра), что позволяет быстро принимать решения и оперативно реагировать на нештатные ситуации [5].

Для формирования оценок состояния территории и транспортной системы на базе ГИС создаются модели, реализующие алгоритмы обработки данных, и позволяющие в автоматическом режиме формировать комплексную оценку влияния дефектов транспортной системы, техногенных объектов и природных факторов в зоне каждого участка анализа, а также влияние прилегающей территории на данный участок.

Информация визуализируется на карте и может быть предоставлена лицу, принимающему решения, с целью выработки управляющих рекомендаций.

Целью работы является разработка алгоритмического и программного обеспечения информационно-измерительной системы для мониторинга прилегающей и принадлежащей территории и транспортной системы на базе геоинформационной технологии. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие теоретические и практические задачи:

1. Провести классификацию геотаксонов (см. Глава 2) на основе множества информативных параметров для учета влияния территорий на транспортную систему;

2. Разработать методику оценки коэффициента интенсивности влияния геотаксонов на транспортную систему, а также методику оценки коэффициента интенсивности влияния транспортной системы на прилегающую территорию;

3. Разработать алгоритм формирования динамических зон (см. Глава 2) с учетом параметров окружающей среды и рельефа местности;

4. Разработать алгоритм формирования рекомендаций режима работы участка транспортной системы;

5. Разработать алгоритмическое и программное обеспечение геоинформационной системы;

6. Оценить достоверность результатов оценки состояния и адекватность результатов моделирования.

Основными методами исследования при решении поставленных задач явились методы математического и имитационного моделирования, методы теории вероятностей и статистической обработки данных, методы метрологического анализа, организации баз данных и геоинформационного моделирования.

Объект исследования. Транспортная система и прилегающая территория.

Предмет исследования. Методы, технологии и алгоритмическое обеспечение комплексного мониторинга транспортной системы и прилегающей территории.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые используется понятие геотаксона применительно к территориальным объектам транспортной системы.

2. Предложена классификация групп геотаксонов на основе множества информативных параметров, которая позволяет выделить группы

объектов для изучения их воздействия, которые участвуют в рассматриваемой задаче.

3. Введено понятие коэффициента интенсивности влияния геотаксонов и разработана методика его оценки на транспортную систему, позволяющая учитывать расстояние и параметры групп геотаксонов для поддержки принятия решения при формировании рекомендаций для проектирования и эксплуатации транспортной системы.

4. Сформированы условия распространения чрезвычайных ситуаций с учетом рельефа местности для разработки алгоритма формирования динамических зон с учетом параметров окружающей среды (температуры, скорости и направления ветра).

5. Разработана методика оценки коэффициента интенсивности влияния транспортной системы на прилегающую территорию, позволяющая учитывать расстояние и характеристики транспортной системы для поддержки принятия решения при выработке рекомендаций по безопасному проектированию и эксплуатации транспортной системы.

6. Разработан алгоритм формирования рекомендаций режима работы участка транспортной системы.

Теоретическая и прикладная значимость полученных результатов:

Разработанные алгоритмы оценки коэффициентов интенсивности влияния позволяют выработать рекомендации при проектировании транспортной системы в зависимости от возможных опасных объектов в зависимости от их вида и расстояния до транспортной системы.

Представление результатов в геоинформационной системе позволяет достоверно и наглядно оценивать состояние природных и техногенных объектов, прилегающей территории и транспортной системы, оперативно предоставлять актуальную информацию для сокращения времени принятия решений.

Разработанный геоинформационный проект позволяет создать систему комплексной оценки состояния прилегающей территории и транспортной системы в автоматизированном режиме.

Достоверность полученных в настоящей работе результатов обеспечивается сопоставлением расчетных данных с реальными, результатами обсуждения на научно-практических конференциях, а также результатами внедрения и практического применения результатов диссертационного исследования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Множество групп геотаксонов, имеющих математическое описание; обеспечивают достоверную оценку состояния территорий.

2. Оценка риска возникновения последствий чрезвычайных ситуаций, которая отличается комплексным подходом, объединяющим математическое моделирование и статистическую обработку данных; обеспечивает возможность формирования рекомендаций режима работы участка транспортной системы.

3. Алгоритм, который отличается оперативным анализом и адекватностью результатов моделирования; обеспечивает получение достоверных результатов оценки состояния и возможности поддержки принятия управленческого решения в режиме реального времени.

Соответствие паспорту специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности «05.11.16 Информационно-измерительные и управляющие системы». Область исследований:

- научное обоснование перспективных информационно-измерительных и управляющих систем, систем их контроля, испытаний и метрологического обеспечения, повышение эффективности существующих систем;

- методы и системы программного и информационного обеспечения процессов отработки и испытаний образцов информационно-измерительных и управляющих систем.

Результаты работы использованы при выполнении базовой части государственного задания № 8.6743.2017/БЧ «Создание теоретических основ разработки интеллектуальных измерительных систем комплексной диагностики технической безопасности в промышленных установках и транспортных системах», при выполнении гранта для государственной поддержки ведущих научных школ Российской Федерации НШ-4165.2018.8 на тему: «Мультифизическая система неразрушающего контроля состояния и диагностики элементов железнодорожного пути», в практической деятельности ООО «ИНТЕРТЕХ» при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» в учебном процессе.

Апробация результатов работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях и конгрессах: VI научно-практической конференции с международным участием «Наука настоящего и будущего» для студентов, аспирантов и молодых ученых (2018 г.); XXI международной конференции по мягким вычислениям и измерениям (2018 г.); III международной конференции «ЭРГО 2018: Человеческий фактор в сложных технических системах и средах» (2018 г.); международной научно-практической конференции «Менеджмент качества, транспортная и информационная безопасность, информационные технологии» (2017, 2018, 2019 гг.); конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (2013 - 2019 гг.).

Публикации. Автор имеет 14 публикаций. Непосредственно по теме диссертации имеется 8 публикаций, в том числе 4 печатных работы в рекомендованных ВАК изданиях, а также 4 в изданиях баз данных Scopus.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 78 наименований, и 4 приложения. Работа изложена на 129 страницах машинопечатного текста, включает 20 таблиц, 50 рисунков.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОБЛЕМЕ

ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ УЧАСТКА ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ И ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ

Первый раздел настоящей работы посвящен анализу литературных источников, содержание которых в той или иной мере отражает современное состояние проблемы мониторинга транспортных систем и прилегающих и принадлежащих территорий. Под транспортной системой [6] подразумевают взаимосвязанное объединение транспортных средств, оборудования, инфраструктуры и субъектов перевозки, а также занятых в данной области работников. Прилегающей территорией [7] считается территория общего пользования, которая прилегает к зданию, строению, сооружению, земельному участку в случае, если такой участок образован, и границы которой определены правилами благоустройства территории, либо [8] прилегает непосредственно к дорожным путям, и которая не предназначается для сквозного движения транспортных средств.

На рисунке 1.1 и 1.2 представлены диаграммы грузо - и пассажирооборота транспортом России [9].

Рисунок 1.1 - Диаграмма грузооборота

0,20%

39,10%

27,2

■ Железнодорожный

■ Автомобильный

■ Воздушный

Прочие

33,50%

Рисунок 1.2 - Диаграмма пассажирооборота

По диаграммам видно, что железнодорожный транспорт в России занимает лидирующее место по грузо- и пассажирообороту. Таким образом, можно сделать вывод, что железнодорожный транспорт - основа транспортной системы России. Россия является второй по величине транспортной системой мира своими железными дорогами, уступая лишь США.

На основании вышеуказанного в настоящей работе все примеры и расчеты будут приводиться для железнодорожных путей.

Проблемами комплексной безопасности участков железной дороги, создания и внедрения автоматизированных систем управления перевозками, содержания инфраструктуры и подвижного состава, обеспечения безопасности движения уделяется огромное внимание в ОАО «РЖД» [10-22].

Ранее разработанные системы обеспечения безопасности охватывают локальные территории: районы маневрирования локомотива на сортировочных станциях, станциях магистрального и внутризаводского железнодорожного транспорта с переездными и маневровыми передвижениями. Такие системы часто используют аналоговую радиосвязь и информационную систему управления и обеспечения безопасности, построенные на основе электронных технологических карт. Такой подход имеет серьезные ограничения по информационной организации, не дающие возможность интегрирования этих систем в единую сеть.

Существующие иностранные системы [23, 24] компаний OptaSense и Toshiba представляют собой единые автоматические системы мониторинга за железнодорожным транспортом. Оптоволоконная сенсорная система [23] позволяет оптимизировать операции обнаружения чрезвычайных ситуаций для раннего предупреждения и выявления неисправности поезда в пути. Достоинствами такой системы можно отметить повышение безопасности на железнодорожном транспорте, обнаружение чрезвычайных ситуаций, улучшенное позиционирование и отслеживание поездов, мониторинг состояния рельсов. Однако такая система ограничивается природными чрезвычайными ситуации определенных типов (камнепад, оползни), не учитывает влияние железнодорожных происшествий на прилегающую территорию.

В то же время система [24], базируемая на основе GPS/GIS, может получать информацию о местоположении с помощью бортового оборудования GPS, передавать эту информацию вместе с другой информацией о поезде, а затем отображать положение поезда и прилегающей инфраструктуры на цифровой карте. Также система позволяет менять расписание и движение поезда в соответствии с чрезвычайными ситуациями, оповещает о задержке поезда и ЧС, отображать текущую информацию о пути движения поезда, оповещать водителя поезда о территории с ограничением скорости движения, пропуском станции, сообщает о ЧС. Стоит отметить, что основной задачей такой системы является стабильная и надежная работа поезда, оперативный анализ хода движения, быстрое устранения любых нарушений в работе, но не подразумевает под собой диагностику и прогнозирование отклонений рельсового пути, учет чрезвычайных ситуаций и их влияние на прилегающую территорию.

На рисунке 1.3 представлена данная система.

Рисунок 1.3 - Автоматическая система мониторинга компании Toshiba

В работе [25] предлагается система аэрокосмического мониторинга и предупреждения ЧС на полигонах с интенсификацией перевозочного процесса. Данная система предполагает комплексную обработку данных, полученных с помощью космической и авиационной съемки, совместно с натурными измерениями и позволяет оценивать в динамике параметры протяженных деформацией железнодорожного пути и объектов инфраструктуры.

Разработанная комплексная система мониторинга позволяет осуществлять совместный анализ данных с привязкой к железнодорожной инфраструктуре с определением объемных деформаций.

Однако стоит отметить, что в представленной работе главным является комплексная оценка протяженных участков железнодорожного пути, что отличается от задач настоящей работы, где формируется опорная модель участка обращения локомотива и определяются дефекты железнодорожного пути с помощью бортовой информационно-измерительной системы, состоящей из бесплатформенной инерциальной навигационной системы, полиграфа и микромеханических датчиков, которая обеспечивает привязку результатов к линейной модели пути.

На рисунке 1.4 представлена модернизированная система мониторинга.

Рисунок 1.4 - Модернизированная система мониторинга

В ряде публикаций [26, 27] рассмотрены решения проблем систем мониторинга транспортных систем. Некоторые системы мониторинга представлены на рисунках 1.5 и 1.6.

В указанных публикациях выполнен анализ автоматизированных средств диагностики - путеизмерительных вагонов и ручных путеизмерителей, предлагаются системы организации диагностики и мониторинга железнодорожного пути и земляного полотна. Однако не учитывается наличие опасных техногенных и природных объектов, а также состояние прилегающих территорий.

Рисунок 1.5 - График мониторинга земляного полотна

На рисунке 1.5 представлен график мониторинга земляного полотна на 754 км, где зеленой линией показано превышение положительного приращения скользящего среднеквадратического отклонения заданного порога.

Рисунок 1.6 - Структурная схема системы диагностики и мониторинга

На рисунке 1.6 представлена структурная схема диагностики и мониторинга, на которой представлены лазер 1 (источник света), проходные светофоры 2, контролируемый участок железнодорожного пути 3, датчики 7 вдоль участка, каналообразующее устройство 4, промежуточный концентратор 5 для обработки, анализа и хранения информации, регистрирующий элемент 6, призма земляного полотна 8, ВОБР - волоконно-оптические брэгговские решетки для датчиков температуры, давления и деформации, СПД - система передачи данных.

Известные системы обеспечения безопасности управления движением обеспечивают контроль и безопасное перемещение локомотива по маршруту без нарушения расписания, но не контролируют состояние железнодорожного пути, сооружений [28-33].

В работах [34-36] приводится описание малогабаритной инерциальной системы диагностики рельсового пути, приведенной на рисунке 1.7. Необходимым условием функционирования представляемой ИИС является регулярное поступление информации от измерительной аппаратуры, находящейся на локомотиве [37]. Такая система позволяет измерять геометрические параметры рельсового пути, обнаружить дефекты поверхности катания рельсов и измерение их характеристик (сколы, пробуксовки, выщерблины), привязывать результаты измерения к местоположению на рельсовом пути (к собственной путейской системе координат).

В соответствии с требованиями [38, 39] система обеспечивает определение характеристик дефектов поверхности катания с точностью ± 1 мм.

Измерения могут производиться на высоких скоростях, по изменению динамики взаимодействия средства передвижения и рельсового пути, фиксируемой датчиками, можно сделать заключение о состоянии поверхностей катания.

Одометр

Рисунок 1.7 - Расположение измерительных систем на подвижной единице

Система состоит из БИНС - бесплатформенной инерциальной навигационной системы, ПА СНС - приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем и измерительных модулей ММ.

Выводы

Развитие высокоскоростного железнодорожного транспорта в мире привело к необходимости уменьшения периодичности мониторинга состояния рельсового пути с целью выявления не только уже возникших дефектов, но и выработки прогноза их появления.

Выполненный обзор существующих методов организации мониторинга железнодорожного транспорта свидетельствует о том, что в информационно -измерительных системах используется преимущественно мониторинг земляного полотна, либо рельсового пути, что исключает возможность оценки влияния различных территорий на изменение железнодорожного пути. Так, можно сделать вывод, что комплексные системы мониторинга железнодорожного пути и прилегающих территорий разрабатываются крайне редко.

В рассмотренных публикациях выполнен анализ некоторых структур организации систем мониторинга. Однако исследования выполнены в основном без использования распределенной геоинформационной системы, рассмотрены только определенные типы чрезвычайных ситуаций. Не обсуждается формирование рекомендаций режимов работы участка железнодорожного пути.

Настоящая работа направлена на проработку концепции построения алгоритмического и программного обеспечения информационно-измерительной системы комплексной безопасности участка обращения локомотива и прилегающей территории.

В связи с недостаточной проработкой комплексных информационно -измерительных систем мониторинга, особенно с учетом оценки взаимного влияния территорий, в данной работе в целом решаются следующие задачи:

1. Проведение классификации геотаксонов на основе множества информативных параметров для учета влияния территорий на транспортную систему и прилегающую инфраструктуру.

2. Разработка методики оценки коэффициента интенсивности влияния геотаксонов на транспортную систему, а также методики оценки коэффициента интенсивности влияния транспортной системы на прилегающую территорию.

3. Формирование динамических зон с учетом параметров окружающей среды и рельефа местности.

4. Разработка алгоритма формирования рекомендаций режима работы участка транспортной системы.

5. Разработка программного обеспечения геоинформационной системы для автоматизированных расчетов.

6. Обеспечение достоверности результатов оценки состояния и адекватности результатов моделирования.

2. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ И ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ

Важнейшим требованием к функционированию транспортных систем является безопасность, которая в большей степени определяется состоянием путей, прилегающей инфраструктуры и территорий. Решение задач и принципов создания алгоритмического обеспечения информационно-измерительной системы мониторинга направлены на обеспечение безопасного движения на участке анализа транспортной системы.

Для обеспечения безопасности необходимо учитывать следующие составляющие, которые могут решаться на разных уровнях системы:

• контроль за состоянием транспортной системы;

• контроль за прилегающими сооружениями транспортной системы;

• контроль за прилегающими территориями;

• сбор и анализ результатов контроля с целью определения состояния транспортной системы и прилегающей территории, поддержка принятия решений;

• своевременное оповещение служб об отклонениях от нормативов как транспортной системы, так и прилегающей инфраструктуры.

Из-за пространственного распределения транспортных систем и влияния географических особенностей актуально применение геоинформационных технологий. ГИС являются оптимальной платформой для комплексных решений в сфере транспорта, так как пространственная составляющая является естественной основой интеграции задач управления транспортной инфраструктурой, расчетных задач, задач оперативного управления, навигации и т.д. [40].

Использование геоинформационной технологии как основы позволяет структурировать все виды данных, которые были получены для анализа состояния транспортных путей и прилегающих территорий и обеспечения

поддержки принятия управленческих решений. Помимо этого, ГИС обладают широким потенциалом для реализации сложных алгоритмов обработки пространственно-распределенных данных, получения комплексных оценок, моделирования и анализа динамики изменения процессов со временем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Жданова Екатерина Николаевна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шуравина Е.Н. Проблемы современной транспортной системы России // Вестник Самарского университета. Экономика и управление. - 2011. - № 9(90). - С. 58-62.

2. Хегай Ю.А. Проблемы и перспективы развития транспортной системы // Теория и практика общественного развития. - 2014. - № 4. - С. 205-207.

3. Распоряжение №2 1734-р от 22.11.2008. Об утверждении транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года. Москва. 2008. 183 с.

4. Распоряжение № 877-р от 17.06.2008. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года. Москва. 2008. 84 с.

5. Алексеев В.В., Куракина Н.И., Орлова Н.В., Минина А.А. ГИС мониторинга транспортных сетей // ArcReview. - 2014. - № 2 (69).

6. Транспортная система - что это такое? Развитие транспортной системы России [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://fb.ru/article/356735/transportnaya-sistema—eto-chto-takoe-razvitie-transportnoy-sistemyi-rossii

7. Федеральный закон № 131-Ф3 от 06.10.2003 (редакция от 02.08.2019 г.) «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации». Принят Государственной Думой 16.09.2003 г. Москва, 2003. 101 с.

8. Прилегающая территория или перекресток [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://pddmaster.ru/neodnoznachnosti-pdd/prilegayuschaya-territoriya-ili-perekrestok.html

9. Экономика железнодорожного транспорта. Курс лекций/Терёшина Н.П., Епишкин Е.А. — Москва: 2012. - 382 с.

10. Постановление Правительства РФ № 525 от 15.07.2010 «Об утверждении технического регламента о безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта». Москва, 2010. 41 с.

11. Стратегия внедрения спутниковых технологий на Российских железных дорогах [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rzd-expo.ru/innovation/the_introduction_of_innovative_satellite_and_gis_technologies /strategy_on_Russia.php

12. Стратегия направления инновационного развития ОАО «РЖД» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http ://rzd.ru/ static/public/ru?STRUCTURE_ID=666

13. Система точного определения местоположения и управления движением локомотивов с использованием спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www. mkb-kompas. ru/production/index.php?id= 13

14. Автоматизированные системы - современное средство управления безопасностью и надежностью локомотивов. Евразия вести. Международное информационно-аналитическое обозрение. XII. 2012 С. 19-20 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.eav.ru/pdf/eav2012-13.pdf

15. Управление и контроль транспортных средств различного назначения с применением спутниковых навигационных систем, систем цифровой связи и дистанционного зондирования [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.vniias.ru/control-and-supervision-of-various-vehicles

16. Слюняев А.Н. Развитие системы электросвязи на основе спутниковых технологий // Автоматика, связь, информатика. - 2008. - № 9. -С. 14-16.

17. Самратов У.Д., Суворов А.В. Создание высокоточной координатной системы для информационного обеспечения высокоскоростной магистрали Москва-Санкт-Петербург на основе спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS и наземной системы дифференциальной коррекции // II Международная научно-практич. конф. КОСМОТРАНС. - М, 2008.

18. Ададуров С.Е. Инновационные технологии в управлении перевозочным процессом // Автоматика, связь, информатика. - 2008. - № 9. -С. 3-7.

19. Казиев Г. Д. Совершенствование систем автоматизации и механизации сортировочных процессов // Автоматика, связь, информатика. -2008. - № 1. - С. 4-5.

20. Духин С.В., Железнов М.М. Матвеев С.И., Монайло Д.С. Формирование единого информационного пространства // Автоматика, связь, информатика. - 2008. - № 9. - С. 11-13.

21. Зорин В.И., Шухина Е.Е., Титов П.В. Микропроцессорные локомотивные системы обеспечения безопасности движения поездов нового поколения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.css-rzd.ru/zdm/07-2003/03087-2.htm

22. Протопопов О.В., Мозжевилов А.Б. Система диагностики технических средств автоблокировки и переездной сигнализации// Автоматика, связь, информатика. - 2008. - № 12. - С. 5-7.

23. Optimizing Railway Operations [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.optasense.com/transportation/rail-monitoring/

24. Automatic Traffic Supervision Systems [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.toshiba.co.jp/sis/railwaysystem/en/products/catalog/pdf/ automatic_traffic_supervision_systems_and_traffic_regulation_subsystem_gps-gis-based_monitoring_systems.pdf

25. Железнов М.М. Методы повышения безопасности движения и предупреждения чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте с использованием средств аэрокосмического мониторинга: Дис. ... док. техн. наук / Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский университет транспорта (МИИТ)». Москва, 2017. 282 с.

26. Михалкин И.К., Симаков О.Б., Седелкин Ю.А., Атапин В.В. Новые подходы к мониторингу железнодорожного пути [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.mfotrans-logistic.ru/Image.do7image=Doklad_Yalta.pdf

27. Осадчий Г.В., Лыков А.А. Система диагностики и удаленного мониторинга состояния железнодорожного пути // Открытое образование. -2011. - № 2. - С. 221-224.

28. Бородин Б.А. Современная концепция безопасности железнодорожного транспорта [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www. integra- s. com/proj ects/transport/zdoroga/st4/

29. Геодезические методы диагностики дорог [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://ddoizp.stu.ru/source/pages/geometod.htm

30. Инновационные технологические решения и развитие инфраструктуры железнодорожного транспорта [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://annrep.rzd.ru/reports/public/ru7STRUCTURE_ ID=4421 &layer_id=5184&refererLayerId=5183&print=1

31. Явна В.А., Каспржицкий А.С., Кругликов А.А., Лазоренко Г.И., Хакиев З.Б., Шаповалов В.Л. Этапы проектирования интеллектуальной системы мониторинга объектов транспортной инфраструктуры // Управление большими системами: сборник трудов. - 2012. - №38. -С. 105-120.

32. Круглов В.М., Хохлов А.А., Саврухин А.В., Неклюдов А.Н. Метод оценки состояния железнодорожного пути // Мир транспорта. - 2012. - Т. 43. № 5. - С. 4-7.

33. Матвеев А.С. Координатные модели траекторий пути // Мир транспорта. - 2013. -№ 3 (47). - С. 22-27.

34. Шалымов Р.В. Разработка и исследование инерциальной системы мониторинга рельсового пути: Дис. ... кан. техн. наук / Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). Санкт-Петербург, 2014. 115 с.

35. Ларионов Д.Ю., Подгорная Л.Н., Шалымов Р.В. Инерционный метод диагностики пути в условиях его динамического взаимодействия с вагоном // XIII конф. Молодых ученых «Навигация и управление движением». - СПб, 2011. С. 357-363.

36. Шалымов Р.В. Комплексное средство диагностики рельсового пути на основе инерциальных и геоинформационных технологий // XIV конф. Молодых ученых «Навигация и управление движением». - СПб, 2012. С. 217224.

37. Минина А.А., Жданова Е.Н., Шалымов Р.В. Subsystem On-Board Information-Measuring System // Международная конференция «Менеджмент качества, транспортная и информационная безопасность (IT&QM&IS)». -СПб, 2017. С. 39-41.

38. Инструкция по оценке состояния рельсовой колеи путеизмерительными средствами и мерам по обеспечению безопасности движения, Утв. распоряжением ОАО «РЖД» в 2013 г., Москва, 2013.

39. British standard. Railway applications - Track - Track geometry quality. Part 1: Characterisation of track geometry. BS EN 13848-1:2003+A1:2008.

40. Гохман В. GIS-based solutions for Transportation // ArcReview. - 2016. - № 1 (76).

41. Орлова Н.В. Алгоритмическое обеспечение геоинформационной системы оценки состояния природного объекта: Дис. ... кан. техн. наук / Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). Санкт-Петербург, 2010. 122 с.

42. Алексеев В.В, Куракина Н.И. Принципы построения нормированного пространства для формирования комплексных оценок о состоянии сложных объектов/ С.-Петербургск. гос. электротехн. ун-т. - СПб., 2000. - 11 с. - Деп. в ВИНИТИ 14.02.2000, № 370-В00.

43. Распоряжение № 2536-р от 14.12.2009 (в ред. № 72-р от 20.01.2012). О комплексной оценке состояния пути. Москва. 2012. 24 с.

44. ЦП/410 от 11.12.1996. Инструкция по содержанию шпал, переводных и мостовых брусьев железных дорог колеи 1520 мм. Москва. 1996.

45. ЦП/774 от 01.07.2000 (в ред. от 21.01.2008). Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути. Москва. 2008. 56 с.

46. ЦП/544 от 30.03.1998. Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути. Москва. 1998. 106 с.

47. Марченко П.Е. Геоинформационные модели и методы интегральной оценки природно-техногенной опасности территориальных систем: Дис. ... док. техн. наук / Институт информатики и проблем регионального управления Кабардино-Балкарского научного центра РАН. Нальчик, 2010. 324 с.

48. Приказ № 19 от 30.01.2012. Об утверждении требований к описанию и отображению в документах территориального планирования объектов федерального значения, объектов регионального значения, объектов местного значения. Москва, 2012. 150 с.

49. Приказ № 200-ФЗ от 04.12.2006 (ред. от 03.08.2016). С изм. и доп. вступ. в силу с 01.01.2019. Лесной кодекс Российской Федерации. Принят Государственной Думой 08.11.2006 г. Москва, 2006. 57 с.

50. Методика оценки крупных лесных пожаров. М., - ВНИИ ГОЧС, 2001.

51. Федеральный закон № 116-ФЗ от 21.07.1997 (ред. от 29.07.2018). О промышленной безопасности опасных производственных объектов. Принят Государственной Думой 20.06.1997 г. Москва, 2018.

52. РД 03-409-01. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей. Утверждена постановлением Госгортехнадзора России от 26.06.01 № 25.

53. Катаева Л.Ю., Постнов А.Д., Лощилов С.А., Масленников Д.А. О влиянии водного барьера на динамику развития лесного пожара в зависимости от рельефа местности // Пожаровзрывобезопасность. - 2014. - Т. 23. № 1. - С. 30-37.

54. Тушение лесных пожаров. Учебно-методическое пособие / ГБУАО «Служба спасения» - Архангельск: 2013. - 106 с.

55. Постнов А.Д., Масленников Д.А., Катаева Л.Ю., Лощилов С.А. Влияние эффектов обтекания на динамику природного пожара в условиях неоднородности рельефа // Современные проблемы науки и образования. -2013. - № 6. - С. 869.

56. Домащенко Д.А. Разработка модели процесса распространения лесного пожара в горной местности // III Международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. - Донецк, 2012. Т. 1. С. 66-68.

57. Распространение ударной волны в горных выработках [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gornospass.ru/rasprostran.html

58. Влияние условий взрыва на процессы образования и распространения воздушной ударной волны [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www.nuclear- attack.com/157.php

59. Ударная волна [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https: //studopedia. su/6_25996_udarnaya-volna. html

60. Ударные волны. Параметры ударной волны. Ее воздействие на людей, здания и сооружения. Средства и способы защиты от ударных волн [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.bestreferat.ru/referat-208258.html

61. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология [Текст]: учеб. для вузов. / И.Ф. Шишкин. - М.: Питер, 2010. - 192 с.

62. Авдеев Б.Я. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст]: учеб. для студ. высш. учеб. Заведений / Б.Я. Авдеев, В.В. Алексеев, Е.М. Антонюк и др.; под ред. Алексеева В.В.- 2-е изд., стер. - М.: Изд. Центр «Академия», 2008. - 384 с.

63. Геоинформационные системы. Учебное пособие / Ананьев Ю.С. -Томск: 2003. - 70 с.

64. Д. Бизли. Python. Подробный справочник // М.: Символ-Плюс, 2010. - 864 с. Пер. изд. D. Beazly. Phyton. Essential Reference. Addison Wesley: 2010.

65. Дневник погоды [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https: //www.gismeteo.ru/diary/

66. Точка росы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D1%87%D0%BA%D0%B0_ %D 1 %80%D0%BE%D 1 %81 %D 1 %8B

67. Безопасность в чрезвычайных ситуациях: методические указания/ Федеральное агентство железнодорожного транспорта. Иркутский государственный университет путей сообщения - Иркутск: 2017. - 55 с.

68. ArcGIS Pro Справочник по инструментам [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://pro.arcgis.com/ru/pro-app/tool-reference/main/arcgis-pro-tool-reference.htm

69. Дьяченко Н.В. Использование ГИС-технологий в решении задач управления [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: // www.nocnit. ru/2 st/materials/Diachenko .Html

70. Голенков В.В. Анализ геоинформационных данных. Компьютерный практикум: Голенкова В.В., Степанова М.Д., Гулякина Н.А., Самодумкин С.А., Крючков А.Н. — Минск, БГУИР, 2005 г. - 430 с.

71. Жданова Е.Н., Минина А.А., Размашкин В.Н. Оценка природных и техногенных рисков на железной дороге // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». -2015. - № 9. - С. 77-82.

72. Жданова Е.Н., Минина А.А. Development of program-algorithmic support for estimation of the influence emergencies in designing residential and industrial territories on the basis of geoinformation system // Международная конференция «Менеджмент качества, транспортная и информационная безопасность (IT&QM&IS)». - СПб, 2017. С. 39-41.

73. Жданова Е.Н., Минина А.А. Программно-алгоритмическое обеспечение для оценки влияния прилегающих территорий и чрезвычайных

ситуаций при проектировании и эксплуатации железнодорожного пути на базе ГИС // XXI Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям». - СПб, 2018. С. 206-209.

74. Жданова Е.Н., Минина А.А. Development of program-algorithmic support on the basis of GIS in designing and operation of the railway track // III Международная конференция «ЭРГО 2018: Человеческий фактор в сложных технических системах и средах)». - СПб, 2018. С. 230-233.

75. Алексеев В.В., Орлова Н.В., Минина А.А., Жданова Е.Н. Информационно-измерительные системы. Оценка возможного риска от подтопления железнодорожного пути. Приборы. - 2019. - № 2. - С. 39-45.

76. Алексеев В.В., Минина А.А., Жданова Е.Н. Информационно -измерительная система оценки взаимного влияния территорий. Приборы. -2019. - № 9. - С. 32-36.

77. Е.Н. Жданова, А.А. Минина. Оценка экологического состояния района города Норильска на базе геоинформационных систем. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2014. Вып. 8. С. 62-66.

78. Минина А.А., Жданова Е.Н. Междисциплинарный образовательный проект для школьников «Лаборатория геоинформационных систем и экологии». Современное образование: содержание, технологии, качество. 2017. Том № 1. С. 273-275.

79. Блигзна М.А., Жданова Е.Н. Оценка технических и экологических рисков на базе ГИС // VI Научно-практическая конференция с международным участием «Наука настоящего и будущего». - СПб, 2018. С. 337-340.

80. Минина А.А., Жданова Е.Н. Предотвращение чрезвычайных ситуаций на основе мониторинга техногенных объектов города Норильска // VI Международный конгресс «Цели развития тысячелетия и инновационные принципы устойчивого развития Арктических регионов». - СПб, 2012. С. 3337.

81. Минина А.А., Жданова Е.Н. Оценка экологического состояния города Норильска на основе геоинформационных систем // VII Международный конгресс «Цели развития тысячелетия и инновационные принципы устойчивого развития Арктических регионов». - СПб, 2013. С. 6064.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ ПОСЛЕДСТВИЙ ВЗРЫВОВ

ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Рисунок А.1 - Алгоритм оценки последствий взрывов ТВС

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ ПОСЛЕДСТВИИ КРУПНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

Рисунок Б.1 - Алгоритм оценки последствий крупных ЛП

ПРИЛОЖЕНИЕ В. РАСЧЕТ ДОВЕРИТЕЛЬНОГО ИНТЕРВАЛА КОЭФФИЦИЕНТА ИНТЕНСИВНОСТИ ВЛИЯНИЯ

1. Расчет выборочной средней:

— 0,3+0,36+0,39+0,42 + 0,45 _ . _ .

хв = -—,-,-,-— = 0,484.

в 5

2. Расчет дисперсии:

^ _ (03-0,484)2 + (0,36-0,484)2 + (0,39-0,484)2 + (0,42-0,484)2 + (0,45-0,484)2 _ ^ д^27 в = 5 = , .

3. «Правка» дисперсии:

я2 = —• 0,0127 = 0,015875.

5-1

4. Несмещенная оценка генерального стандартного отклонения б:

5 = 70,0158752 = 0,126.

5. Доверительный интервал при 1у=2,776:

/л лп,л 2,776-0,126 , 2,776-0,126

0,484 - -—— < а < 0,484 + -——, 0,33 < а < 0,64 .