Разработка алгоритмического и программного обеспечения системы сопровождения подвижных объектов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Диденко, Сергей Владимирович

• Диденко, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Диденко, Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СИСТЕМА СОПРОВОЖДЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Аналго существующих методов и средств определения местоположения подвижных объектов.

1.1.1. Методы навигационного счисления.".

1.1.2. Методы радиопеленгации'.

1.1.3. Методы радионавигации.

1.2. Предложения по построению средств сопровождения подвижных объектов.

1.2.1. Задача сжатия передачи навигационной информации от подвижных объектов в ДЦ

1.2.2. Задача обработки и визуализации навигационных и пространственных данных.

1.3. цель И задачи исследования.

1.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ НАВИГАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ.

2.1. Задача сжатия навигационной информации.

2.1.1. Способ пакетного кодирования навигационной информации.

2.2. Задача оптимизации процесса передачи навигационной информации от подвижных объектов в ДЦ.

2.2.1. Способ оптимального упорядочения заданий.

2.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.

3.1. Алгоритм кодирования и декодирования навигационной информации.

3.1.1. Алгоритм пакетного кодирования.

3.1.2. Алгоритм декодирования.

3.2. Алгоритм упорядочения заданий на передачу навигационной информации от подвижных объектов в ДЦ.

3.3. Аналго эффективности разработанных алгоритмов.

3.3.1. Анализ алгоритма пакетного кодирования навигационной информации.

3.3.2. Анализ алгоритма упорядочения заданий.

3.4. выводы по главе.

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ССПО.

4.1. Программное обеспечение ССПО «Меридиан-ДЦ».

4.1.1. Определение требований.

4.1.2. Определение функций.

4.1.3. Разработка структуры.

4.1.4. Реализация программных модулей.

4.2. Программное обеспечение «Меридиан - Подвижный объект».

4.3. Режимы работы аппаратно-программных средств ССПО.

4.4. Технические характеристики аппаратно-программных средств ССПО.

4.5. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритмического и программного обеспечения системы сопровождения подвижных объектов»

Передача оперативной информации о местоположении и техническом состоянии транспортных средств и оперативных подвижных групп в диспетчерский центр управления (ДЦ), а также мониторинг оперативной обстановки территории - являются актуальными задачами для предприятий с распределенной структурой, таких как предприятия лесного хозяйства, службы геологоразведки, предприятия авиалесоохраны, службы ГО и ЧС, военные комиссариаты. Как правило, эти задачи решаются без комплексной взаимосвязи с уже действующими системами сбора и обработки данных.

Среди задач сопровождения транспортных средств особое место занимает вопрос повышения эффективности использования воздушных судов для обнаружения и тушения лесных пожаров. Обнаружение лесных пожаров, контроль за их состоянием в основном осуществляются визуально, по дымовой полосе днем и по пламени в темное время суток. Слежение за лесопожарной обстановкой проводится воздушными и наземными патрулями, а также наземными наблюдательными пунктами.

Ущерб, наносимый лесными пожарами - это не только сгоревшая древесина и затраты связанные с тушением и обслуживанием пожаров, это и нарушение экологических функций леса (кислородопроизводящей, санитарно-гигиенической, водо-охранной и др.), это и нарушение жизнедеятельности лесных насаждений и снижение их продуктивности, это и полное уничтожение огнем лесных массивов, это и нарушение функционирования многих отраслей народного хозяйства, это и уничтожение лесной фауны, нередки случаи и гибели людей.

По данным Главного управления природных ресурсов по Читинской области за 1999 - 2004 года зафиксировано 8470 (в среднем за год по 1400) пожаров, а пройденная этими пожарами общая площадь составляет 1204 тыс. га (в среднем за год по 200 тыс. га), из которой 84% это лесные массивы.

При малой кратности авиапатрулирования, из-за дорогих авиационных услуг, необходимо повышать эффективность авиационных наблюдений за лесами.

Одним из вариантов повышения эффективности процесса авианаблюдения за пожаром - является использование аппаратно-программных средств сопровождения подвижных объектов. При этом становится возможным определение местоположения воздушного судна, формирование контура распространения лесного пожара, а также оперативная передача этой информации в ДЦ лесхоза.

Институт «Кибернетический центр» Томского политехнического университета и научно-производственное предприятие «ИНКОМ» (г. Томск) являются разработчиками системы пакетной передачи данных «ПОТОК» [62-70, 90] и на протяжении уже более 10-ти лет постоянно развивают и совершенствуют её техническую базу, а также системное и прикладное программное обеспечение.

Система связи и передачи данных «ПОТОК», обеспечивающая пакетную передачу информации как по радиоканалу, так и по другим каналам связи, в своем развитии прошла несколько этапов: о аппаратно-программная реализация режимов пакетной передачи данных по KB; УКВ радиоканалам [63, 66]; о обеспечение автоматической ретрансляции сообщений через специальные узлы связи; о аппаратно-программная реализация режимов пакетной передачи данных с использованием различных каналов связи (телефонный, телеграфный, спутниковые каналы систем «ГОНЕЦ» и «ГлобалСтар») [68]; о интеграция с геоинформационными системами (ТИС) [62,67,70]. За последние 5 лет было внедрено около 40 систем с общим количеством объектов около 1000. Объектами внедрения системы «ПОТОК» являются: силовые структуры (военные комиссариаты, управления ГО ЧС, внутренние войска МВД РФ, пограничная служба РФ); Министерство природных ресурсов (Центральная авиабаза охраны лесов «Авиалесоохрана», Государственные лесные службы областей и округов); Росгидромет [68].

На определенном этапе развития системы «ПОТОК» весьма актуальной стала новая задача - сопровождение подвижных объектов. Решить эту задачу можно двумя способами: первый - приобрести готовые аппаратные и программные средства передачи навигационной информации и обеспечить интерфейс взаимодействия их с системой «ПОТОК»; второй - разработать для системы «ПОТОК» собственные аппаратно-программные средства сопровождения подвижных объектов.

Проведенный анализ существующих решений и готовых систем сопровождения подвижных объектов (ССПО), которые можно было бы применить для решения этих задач показал, что несмотря на большое количество на российском рынке различного рода ССПО [1, 2, 13, 24, 47, 49, 50], применение той или иной системы, является нецелесообразным по причине того, что это приводит к увеличению стоимости аппаратно-программных средств, одновременно усложняя аппаратно-программные решения.

Система «ПОТОК» представляет собой сложный комплекс аппаратно-программных средств, предназначенный для осуществления информационного обмена между ДЦ и стационарными или подвижными объектами по»различным каналам связи* С её развитием стало возможным1 передача информации и> по спутниковым каналам связи систем «Гонец» и «Глобалстар», что значительно расширило границы области применения этой системы в районах с труднодоступными стационарными и подвижными объектами, а также повысило надежность и достоверность передачи информации между абонентами системы и за её пределы.

Система может быть легко модернизирована для применения спутниковых навигационных GPS-приёмников на борту подвижных объектов (автомобиля, самолета или вертолета) с целью определения их географического местоположения и передачи этой информации по используемым в системе каналам связи.

На основе системы «ПОТОК» появилась реальная возможность постановки и решения следующих задач:

1) комбинирования передачи информации по KB, УКВ радиоканалам и каналам связи спутниковых систем «ГОНЕЦ» и «Глобалстар»;

2) передачи точных координат подвижных объектов в ДЦ с организацией оперативного отображения их текущего местоположения и полного маршрута движения на электронной карте ГИС;

3) передачи пространственных данных об оперативной обстановке некоторой территории;

4) передачи информации с датчиков контроля технического состояния подвижного объекта;

5) визуализации, хранения и анализа принимаемой от подвижных объектов информации.

Таким образом, в качестве решения, описанной выше задачи повышения эффективности авиа-наблюдения за пожарами, могут служить разработанные на базе системы «ПОТОК» специальные аппаратно-программные средства. Они должны обеспечивать оперативную регистрацию места возгорания, фиксирование а точного географического контура пожара и передачу этой информации в диспетчерский центр лесхоза непосредственно с борта воздушного судна, вместе с регистрационной информацией об обнаруженном пожаре.

Анализ существующих методов и средств определения местоположения подвижных объектов, требований, которые предъявляются потенциальными заказчиками к таким системам, а также анализ возможностей аппаратных и программных средств системы «ПОТОК» позволили выявить ряд первостепенных задач. Появилась возможность реализации современных и эффективных средств сопровождения подвижных объектов, которые позволяют не только отслеживать маршруты движения транспортных средств в реальном масштабе времени, но и решать прикладные задачи, связанные с мониторингом пожарной обстановки территории.

Таким образом, можно сделать вывод, что диссертационные исследования направлены на решение актуальной хозяйственной задачи.

Цель работы и задачи диссертации. Целью диссертационной работы является создание специальных алгоритмов и программных средств обработки навигационной информации, обеспечивающих на основе теоретических исследований реализацию функций сопровождения подвижных объектов, путем повышения эффективности процессов сбора и обработки данных о местоположении и маршрутах подвижных объектов.

Для реализации поставленной цели предложено решение следующих задач: о Разработка структуры программного обеспечения ССПО, обеспечивающей в реальном масштабе времени взаимодействие информационно-телекоммуникационной системы «ПОТОК» и ГИС. о Создание и формализованное описание способа сжатия навигационной информации без потерь, разработка алгоритмов прямого и обратного преобразования. о Решение задачи оптимизации процесса сбора и передачи навигационных данных от подвижных объектов в ДЦ. о Разработка специального программного обеспечения ДЦ с функциями оперативного представления информации о местоположении подвижных объектов и маршрутах их движения средствами ГИС в реальном масштабе времени. о Апробация разработанного алгоритмического и программного обеспечения в составе различных вариантов интегрированной системы пакетной передачи данных «ПОТОК».

Методы исследований. При проведении исследований и разработке алгоритмического и программного обеспечения с целью решения поставленных в диссертационной работе задач использованы методы теории алгоритмов, теории кодирования, теории расписаний и комбинаторного анализа, теории реляционных баз данных, теории объектно-ориентированного проектирования и программирования.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: о Третья научно-практическая конференция «Современные средства и системы автоматизации» (г. Томск, компания ЭлеСи, 14-15 ноября 2002 г.). о IEEE—СИБИРСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ И СВЯЗИ (The IEEE-Siberian conference on control and communications) «SIBCON-2003» (r. Томск, 2003 г.). о Выездное заседание объединенного ученого совета по управлению интеграционной программы по развитию информационно-телекоммуникационных ресурсов СО РАН. (г. Томск, ТНЦ СО РАН, 4 ноября 2003 г.). о Восьмой Российско-Корейский международный симпозиум по науке и технологии (The Eights Korea-Russian International Symposium on Science and. Technology) «KORUS 2004» (г. Томск, ТПУ, 26 июня - 3 июля 2004 г.).

Программные средства системы сопровождения подвижных объектов bs составе интегрированной системы» пакетной передачи данных «ПОТОК» экспонировались на ряде выставок и удостоены следующих наград: о Диплом первой Международной специализированной выставки "Пожарная безопасность на рубеже XXI века" (с золотой медалью) за систему сбора и обработки информации региональной авиабазы охраны лесов («ВДНХ-ЭКСПО» г. Москва, 2000 г.). о Большая золотая медаль Сибирской ярмарки "Спассиб-2001" за разработку и внедрение интегрированной системы оповещения и связи с пакетной передачей информации (г. Новосибирск, 2001 г.). о Диплом 3-й Межрегиональной специализированной выставки-конгресса "Нефть и газ - 2002" в конкурсе "Сибирские Афины" за разработку системы сопровождения подвижных объектов и технологического транспорта (ОАО ТНДЦ «ТЕХНОПАРК» г. Томск. 2002 г.). о Медаль Всероссийской выставки-ярмарки "Интеграция-2003" в конкурсе "Сибирские Афины" в номинации "Российское качество" за разработку системы сопровождения подвижных объектов с отображением маршрутов на электронной карте ГИС (ОАО ТНДЦ «ТЕХНОПАРК» г. Томск. 2003 г.).

По результатам исследований опубликовано 8 работ, в том числе 5 статей.

Далее кратко изложено основное содержание диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ методов определения местоположения подвижных объектов, которые применяются сегодня в существующих системах и комплексах. Приведены общие сведения о системах сопровождения, представляемых отечественными и зарубежными производителями.

На основе проведенного анализа предлагается наиболее приемлемый вариант построения современной системы сопровождения подвижных объектов в составе интегрированной системы передачи информации по радио- и спутниковым каналам связи «ПОТОК».

Выделяются основные задачи алгоритмического и программного обеспечения средств сопровождения подвижных объектов, предлагаются пути их решения.

Описывается технология сопровождения подвижных объектов на основе интегрированной информационно-телекоммуникационной системы с пакетной передачей данных «ПОТОК».

Формулируются цель диссертационной работы и задачи исследования, подчеркивается актуальность их решения.

Вторая глава посвящена разработке способов оптимизации процессов сбора и передачи навигационных данных от подвижных объектов в ДЦ. В частности, приводится подробное описание разработанного способа пакетного кодирования навигационной информации в реальном масштабе времени. В основу способа пакетного кодирования положены такие принципы как пакетно-параметрическое преобразование, дельта-кодирование и преобразования данных из ASCII-символьного вида в бинарное представление.

Дано описание разработанного способа оптимального упорядочения заданий на передачу навигационных данных от подвижных объектов в ДЦ.

В третьей главе приводится описание разработанного алгоритмического обеспечения ССПО. В частности, приводится блок-схема и пошаговое описание работы, алгоритма пакетного кодирования навигационных данных. Исходными данными для алгоритма является информация, поступающая от спутникового навигационного приемника в пакетный контроллер ВИП-М [63-66], установленный на борту подвижного объекта. Коротко приводится описание работы алгоритма декодирования.

Приводится блок-схема и пошаговое описание работы алгоритма упорядочения заданий на передачу навигационных данных от подвижных объектов в ДЦ, построенного на основе разработанного способа оптимального упорядочения.

Приведены результаты исследования эффективности разработанных алгоритмов по таким показателям как: о вычислительная сложность, в том числе, для алгоритма пакетного кодирования навигационных данных, приведены результаты экспериментальных расчетов коэффициента загрузки центрального процессора ВИП-М в обычном режиме и во время работы алгоритма; о эффективность решения задачи, в том числе, для алгоритма'пакетного кодирования приводится расчет коэффициента сжатия (К) и строятся кривые зависимости К от различных входных условий (формат навигационного блока, размер навигационного пакета и др.); о способность алгоритмов к адаптации для решения смежных задач, в том числе приведены по два варианта возможной модификации алгоритма оптимального упорядочения заданий и алгоритма пакетного кодирования, отмечены достоинства каждого из вариантов.

В четвертой главе описывается процесс проектирования и особенности реализации программного обеспечения ССПО «Меридиан-ДЦ».

Определяются функциональные и нефункциональные требования, предъявляемые к разрабатываемому программному обеспечению, определяются функции программных средств ССПО.

На основе определенных требований и функций, предлагается и описывается модульная структура программного обеспечения, указываются особенности организации взаимодействия программного обеспечения ССПО с программными средствами системы «ПОТОК» и подсистемой картографии на базе ГИС Maplnfo. Рассматриваются созданные программные средства ССПО, к ним относится: о подсистема взаимодействия программного обеспечения ССПО и системы

ПОТОК»; о подсистема картографии и её модули; о подсистема импорта и экспорта навигационной и производственной информации, модули построения отчетов; о подсистема поддержки принятия решений; о модуль декомпрессии навигационных данных; о модуль формирования заданий на передачу навигационной информации от подвижных объектов в ДЦ. Описывается пользовательский интерфейс программных средств ССПО и отмечаются его отличительные особенности относительно интерфейсов существующих систем сопровождения подвижных объектов.

Приведено описание программного модуля «Меридиан-Подвижный объект», который предназначен для функционирования непосредственно на борту подвижного объекта.

Указывается общий объем программного кода разработанного программного обеспечения «Меридиан-ДЦ» и «Меридиан-Подвижный объект».

Рассматриваются основные режимы работы программного обеспечения, позволяющие решать задачи связанных с сопровождением легковых и грузовых автомобилей, воздушных судов малой авиации (АН-2, МИ-2, МИ-8, R44 и др.), специальных транспортных средств типа КШМ-142, «Газель», «Соболь», а также речных и морских судов.

Указывается, что разработанные алгоритмические и программные средства ССПО внедрены в военном комиссариате, областной лесной службе, а так же в учебном процессе.

Приводятся основные технические характеристики аппаратно-программных средств ССПО.

Научную новизну полученных в работе результатов составляют:

1. Оригинальная структура программного обеспечения системы сопровождения подвижных объектов, обеспечивающая в реальном масштабе времени интерфейс между системой пакетной передачи данных и ГИС, а также возможности программного обеспечения по расширяемости, масштабируемости и адаптируемости.

2 Алгоритм пакетного кодирования навигационной информации, «tt позволяющий добиться уменьшения объема хранимых и передаваемых данных, путем сочетания параметрического преобразования навигационного пакета и эффекта дельта-кодирования.

3. Способ оптимального упорядочения заданий на передачу навигационной информации от подвижных объектов в диспетчерский центр, позволяющий формировать очередь из заданий, отвечающую критерию минимальной длительности ожидания системы, учитывая динамику параметров пакетного м кодирования.

Практическая ценность результатов работы.

1. Разработанные алгоритмы пакетного кодирования и декодирования позволяют в реальном масштабе времени сжимать поток навигационных данных до 9,9 раз. Работоспособность аппаратно-программных средств ССПО обеспечивается в различных режимах, включая режим «Черный ящик» и при временном отсутствия канала связи между ДЦ и подвижными объектами.

2. Разработанный способ оптимизации процесса передачи навигационных данных от подвижных объектов в диспетчерский центр позволяет проектировать и реализовывать эффективные аппаратно-программные средства контроля местоположения подвижных объектов, использующие для связи с подвижными объектами радиоканалы (KB, УКВ диапазонов), спутниковые и сотовые каналы связи.

3. Предложенная и разработанная модульная структура программного обеспечения ССПО позволяет реализовывать программные средства с масштабируемыми функциональными возможностями по приему, обработке, визуализации и анализу навигационных и пространственных данных.

4. Структура программного обеспечения ССПО обеспечивает взаимодействие интегрированной системы пакетной передачи данных «ПОТОК» и ГИС Maplnfo и позволяет: о строить информационные системы, используя единую базу данных предприятия для обработки и хранения производственной информации о подвижных и стационарных объектах; о проектировать информационные системы с возможностью контроля местоположения подвижных объектов одновременно с нескольких рабочих мест в реальном масштабе времени на электронной карте; о использовать средства ГИС для визуализации и пространственного анализа производственных данных предприятия.

5. Предложенный подход к проектированию и разработке программного продукта обеспечил комплексное представление, обработку и анализ навигационных, пространственных и производственных данных.

6. Программное обеспечение ССПО, реализованное в виде наборов программных модулей «Меридиан - ДЦ» и «Меридиан-Подвижный объект», включено в состав интегрированной информационно-телекоммуникационной системы и внедрено на объектах военного комиссариата Ханты-Мансийского автономного округа и лесной службы Главного управления природных ресурсов по Читинской области, а также в учебный процесс на факультете автоматики и вычислительной техники Томского политехнического университета по дисциплинам «Микропроцессорные системы управления» и «Системы реального времени».

Личный вклад:

1. Постановка задач исследования и разработка концепции алгоритмического и программного обеспечения ССПО на базе системы пакетной передачи информации «ПОТОК» выполнены автором совместно к.т.н., главным конструктором системы «ПОТОК», Сонькиным М. А.

2 Разработка технологии контроля местоположения подвижных объектов на основе принципов пакетной передачи данных выполнена автором совместно с к.т.н., Сонькиным М.А.

3. Анализ и проработка задачи уменьшения объема передаваемой от подвижных объектов в ДЦ информации выполнены автором совместно с В.В. Гринемаером.

4. Разработка нового способа и алгоритма пакетного кодирования навигационной информации выполнены лично автором.

5. Разработка способа и алгоритма оптимизации процессов передачи навигационной информации от подвижных объектов в ДЦ выполнена лично автором.

6. Реализация алгоритмов декодирования навигационных данных и представления их средствами ГИС выполнена лично автором.

7. Анализ и проработка интерфейса взаимодействия программного обеспечения системы «ПОТОК» и ССПО выполнены автором совместно с Е.И. Печерской.

8. Проектирование и разработка структуры программного обеспечения ССПО, реализация программных модулей «Меридиан-ДЦ» и «Меридиан-Подвижный объект» выполнены лично автором.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Структура программного обеспечения системы сопровождения подвижных объектов является оригинальной и обеспечивает в реальном масштабе времени интерфейс между информационно-телекоммуникационной системы пакетной передачи данных и ГИС.

2. Разработанные алгоритмы пакетного кодирования и декодирования навигационной информации, позволяют уменьшить объем данных, передаваемых по каналам связи от подвижных объектов в ДЦ в 2,5 -9,9 раз.

3. Разработанный алгоритм оптимального упорядочения заданий на передачу навигационных данных от подвижных объектов в ДЦ позволяет формировать очередь из заданий с минимальным суммарным временем ожидания системы.

4. Разработанное программное обеспечение ССПО «Меридиан - ДЦ» и «Меридиан-Подвижный объект», реализованное в виде наборов программных модулей отвечает показателям эффективности и обеспечивает в реальном масштабе времени решение задачи сопровождения подвижных объектов и задачи мониторинга территории.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору В.К. Погребному за помощь в подготовке диссертационной работы, ценные замечания и советы. Автор также благодарит за плодотворные дискуссии, ценные замечания и советы научного консультанта, доцента Томского политехнического университета, кандидата технических наук, главного конструктора интегрированной системы пакетной передачи данных «ПОТОК» М.А. Сонькина, а также сотрудников института «Кибернетический центр» Томского политехнического университета В.В. Гринемаера, Е.И. Печерскую, совместная работа с которыми ускорила работу над диссертацией.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Диденко, Сергей Владимирович

§. Выводы по главе

Определение широкого ряда требований, предъявляемых к программному обеспечению ССПО, позволило достаточно полно декомпозировать множество функции программного обеспечения ССПО на подмножества функций взаимодействия с интегрированной информационно-телекоммуникационной системой «ПОТОК» и ГИС.

Разработанная структура программных средств ССПО обеспечивает в реальном масштабе времени взаимодействие информационно-телекоммуникационной системы «ПОТОК» и ГИС и претендует на оригинальность решения задачи построения интерфейса между двумя сложными информационными системами.

Проектировании и реализация отдельных программных модулей ССПО на разных языках объектно-ориентированного программирования позволило равномерно распределить функциональную нагрузку по всем программным модулям, учитывая специфику отдельных задач.

Интерфейс пользователя программных средств ССПО разработанный на основе диалоговых окон и инструментальных панелей позволил использовать максимальную площадь окна электронной карты для отображения навигационных, пространственных и производственных данных.

Диссертационная работа посвящена созданию алгоритмического и программного обеспечения системы сопровождения подвижных объектов.

Получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Проведен анализ методов определения местоположения подвижных объектов, а так же существующих комплексов и программных средств сопровождения. Выявлено, что, применительно к организациям и ведомствам с территориально-распределенной структурой очевидными преимуществами при построении ССПО обладает метод радионавигации.

2. Предложен собственный вариант построения программных средств ССПО на базе единой существующей аппаратно-программной платформе системы «ПОТОК» ориентированных на обработку и сбор навигационной информации о маршрутах подвижных объектов и пространственных данных с последующим хранением и визуализацией их средствами ГИС.

3. Описана технология сопровождения подвижных объектов, сформулированы и поставлены задачи уменьшения объема навигационных данных и оптимизации процесса их передачи от подвижных объектов в ДЦ.

4. Разработан способ пакетного кодирования навигационной информации, в основу которого заложены принципы пакетно-параметрической обработки данных, дельта-кодирования и преобразования информации из ASCII-символьного вида в бинарное представление. Способ обеспечивает кодирование входного потока навигационных данных в реальном масштабе с допустимым уровнем потери информации.

5. Разработан способ оптимального упорядочения заданий на передачу навигационной информации от подвижных объектов в диспетчерский центр, позволяющий формировать очередь из заданий, отвечающую критерию минимальной длительности ожидания системы, учитывая динамику параметров пакетного кодирования для каждого подвижного объекта, а так же приоритеты объектов в системе.

6. Разработаны и подробно описаны алгоритм пакетного кодирования навигационных данных и алгоритм оптимального упорядочения заданий, построены блок-схемы этих алгоритмов. Отличительной особенностью алгоритма пакетного кодирования навигационных данных от других алгоритмов сжатия информации является то, что он позволяет точно рассчитать время кодирования навигационного блока заданной длины. Коротко описан алгоритм декодирования навигационных данных.

7. Проведен анализ эффективности разработанных алгоритмов по таким показателям как: вычислительная сложность, эффективность решения поставленной задачи, возможность алгоритма к адаптации для решения смежных задач. Предложены по два варианта возможной адаптации алгоритмов с целью, повышения эффективности процессов сбора и передачи навигационной информации.

8. Определен широкий ряд требований, предъявляемых к программному обеспечению ССПО, и произведена декомпозиция функциональности программных средств ССПО на подмножества функций взаимодействия с интегрированной информационно-телекоммуникационной системой «ПОТОК» и ГИС.

9. Разработана оригинальная структура программного обеспечения ССПО, которая содержит в себе ряд подсистем и программных модулей, обеспечивающих в реальном масштабе времени взаимодействие двух сложных программных систем «ПОТОК» и ГИС.

10. Разработан пользовательский интерфейс и реализовано программное обеспечение ССПО в виде наборов программных модулей «Меридиан-ДЦ» и «Меридиан Подвижный объект».

11. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение поддерживает следующие режимы работы: контроль местоположения, контроль маршрута, фоновое сопровождение, «Черный ящик», фиксирование контура площадных объектов, а также любое их сочетание, обеспечивая при этом приём/передачу, обработку, визуализацию и анализ навигационных, пространственных и производственных данных в реальном масштабе времени.

12. Программное обеспечение ССПО, включено в состав интегрированной информационно-телекоммуникационной системы и внедрено на объектах военного комиссариата Ханты-Мансийского автономного округа и лесной службы Главного управления природных ресурсов по Читинской области, а так же в учебный процесс на факультете автоматики и вычислительной техники Томского политехнического университета по дисциплинам «Микропроцессорные системы управления» и «Системы реального времени».

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ

Выносной Интеллектуальный Пульт Модернизированный (ВИП-М) — предназначен для обмена текстовой информацией между несколькими подобными устройствами по выделенному каналу связи (в том числе по радиоканалу). ВИП-М подключается на линейный вход выделенного канала и к любым серийно выпускаемым радиостанциям KB и УКВ диапазонов без изменений в их конструкции, при этом сохраняются все штатные режимы работы радиосредств. Встроенные стандартные интерфейсы пульта позволяют подключать:

• компьютер;

• матричный принтер;

• аппаратуру спутниковой навигации систем ГЛОНАСС или NAVSTAR;

• модуль электронной памяти большой емкости и др.

Геоинформационная система (ГИС). Одно из распространенных определений ГИС звучит следующим образом: «Географическая информационная система (ГИС) определяется как программно-аппаратный комплекс, способный вводить, хранить, обновлять, манипулировать, анализировать и выводить все виды географически привязанной информации».

Структура ГИС, как правило, включает четыре обязательные подсистемы: о Ввода данных, обеспечивающую ввод и/или обработку пространственных данных, полученных с карт, материалов ДЗЗ и т.д.; о Хранения и поиска, позволяющую оперативно получать данные для соответствующего анализа, актуализировать и корректировать их; о Обработки и анализа, которая дает возможность оценивать параметры, решать расчетно-аналитические задачи; о Представления (выдачи) данных в различном виде (карты, таблицы, изображения, блок-диаграммы, цифровые модели местности и т.д.) [42].

ГЛОНЛСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) -российская среднсорбитальная сетевая спутниковая РНС, аналогичная американской радионавигационной системе GPS. Отличается от GPS большей длительностью элементарных посылок (в два раза), частотным разделением сигналов навигационных ИСЗ н отсутствием селективного доступа.

Диспетчеризация транспорта - централизованное дистанционное оперативное (в реальном масштабе времени) управление транспортно-технологическими процессами по перевозке пассажиров и грузов с помощью маршрутных и немаршрутных транспортных средств, по транспортному обеспечению различных пользователей транспортных средств, по согласованию работы отдельных звеньев транспортного комплекса предприятия, района, города, территории с целью обеспечения максимальной технико-экономической эффективности работы транспортного комплекса, ритмичности работы транспортного парка, безопасности пассажиров и водителей, сохранности транспортных средств и перевозимых грузов и т.п.

Диспетчерский центр ШШ (центр мониторинга) - центр радиоэлектронной системы диспетчеризации (мониторинга), в котором сосредоточивается информация о текущем местоположении и состоянии подвижных объектов, о заявках на транспортные средства, о маршрутах движения наземного транспорта, а также адресно-справочная информация по обслуживаемой ДЦ территории, информация о текущем состоянии навигационно-информационного обеспечения территории и об оперативной ситуации на ее дорожно-транспортной системе и т. д.

Интерфейс (interface) - совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие функционально законченных элементов в системах сбора, обработки и передачи информации. Различают «машино-машинные» (machine-machine) и «человеко-машинные» (man-machine, human-machine) интерфейсы. К последним относятся электронные карты, синтезаторы / анализаторы речи, клавиатура компьютеров, пульты управления и т. п.

Мониторинг подвижных объектов - постоянное централизованное дистанционное наблюдение за текущим расположением и состоянием определенных подвижных объектов с целью контроля их движения и оперативного реагирования в случае возникновения непредвиденных обстоятельств или нарушения маршрутного графика движения.

Навигация (от лат. navigatio - плыву на судне) - первоначально определялась как теория и практические методы мореплавания. Морская навигация включает способы учета движения морских судов и контроля их местонахождения с помощью навигационного оборудования, приборов, астрономических средств и радионавигационных систем.

Навигационное сообщение (navigation message) — бинарная последовательность, включенная в навигационный сигнал спутниковой РНС и содержащая информацию об эфемеридах навигационного ИСЗ, поправку к системному времени РНС, альманах РНС и т. п. В системе GPS - передается с помощью D-кода со скоростью 50 бит/с.

Пространственные данные - географические данные - цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах. Обычно состоят из двух взаимосвязанных частей: позиционной и непозиционной составляющей данных, иначе описания пространственного положения и тематического содержания данных, тополого-геометрических и атрибутивных данных. П.д. вместе с их семантическим окружением составляют основу информационного обеспечения ГИС.

Радионавигационная система (РНС) - совокупность взаимодействующих между собой бортовых, наземных и космических радиотехнических средств, осуществляющих координатно-временное обеспечение данного класса пользователей.

Система пакетной передачи сообщений СППС. Система предназначена для передачи сигналов и команд оповещения, получения стандартизированных форм донесений и информации о ходе выполнения мероприятий. Система позволяет формировать текущие и итоговые ведомости контроля за выполнением мероприятий, сводные таблицы донесений и отчетов. Система представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий передачу текстовых сообщений от выносных интеллектуальных пультов (ВИП), находящихся в удаленных стационарных пунктах или подвижных объектах непосредственно в локальную вычислительную сеть информационного центра и обратно.

Система сопровождения подвижных объектов (ССПО) — система автоматического непрерывного определения текущего местоположения подвижных объектов в заданной геодезической системе координат с помощью автономных навигационных средств либо с использованием сигналов систем координатного обеспечения данной территории с функциями диспетчеризации и мониторинга подвижных объектов.

Слой - структурная единица карты. В ГИС Maplnfo карта, как правило, состоит из нескольких наложенных один поверх другого слоев.

Тематическая карта - Тип карты, на которой с помощью условного выделения (например, цветов и штриховок, круговых диаграмм) показывается распределение на карте некоторых данных.

Электронная карта - картографическое изображение, визуализированное с использованием программных и технических средств в заданной проекции, размерности, системе условных знаков на видео-экране (дисплее) компьютера на основе данных цифровых карт или баз данных ГИС. При необходимости Э. к. может быть трансформирована и дополнена новыми данными (напр., текущей оперативной информацией).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Диденко, Сергей Владимирович, 2004 год

1. Аблогин В.В., Козлов А.Д., Антонов А.В., Касьянов Г.В. и др. // Приборы и системы управления. 1999, - № 6, с. 16-18.

2. Аль-Сураби Мохаммед. Спутниковые системы определения местоположения // Радиотехнические системы и устройства / Моск. техн. ун-т связи и информат. М., 2002. - С. 119-126: 2. - Рус. - Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 10.06.2002, N 2211-св2002

3. АО «Аркада»: геоинформационные системы. http://arcada.com.ua /infot/po/gis.html (21.10.2003).

4. Бабушкин Ю. Н. Применение спутниковой навигации при действиях в экстремальных условиях // ИНФОРМОСТ "Средства связи". - 2001. - N 3. -С. 15-17.

5. Базиян, Менахем, и др. Использование Visual FoxPro 6. Специальное издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 1999. - 928 е.: ил. -Парал. тит. англ., уч. пос.

6. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2 е изд./Пер. с англ. М.: «Издательство Бином», СПб.: «Невский диалект», 2000. - 560 е., ил.

7. Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М., Юкин В. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003.-384 с.

8. Вентцель Е.С. Введение в исследование операций: задачи, принципы, методология. 2-е изд., стер. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 1988. - 208 с.

9. И. Володин В. Н., Кривошеин С. А. Автоматизированная радионавигационная система позиционирования и контроля подвижных объектов // ВКСС. Connect! 2002. - N 3. - С. 43-45.

10. Диденко С.В. Задача оптимизации процесса передачи навигационной информации от подвижных объектов в глобальную сеть данных. // Известия Томского политехнического университета. 2004. - №7- С 130-135.

11. Интегрированная навигационная система "ИНС-Контроль" // Ин. печать о техн. оснащении полиции зарубеж. государств / ВИНИТИ. 2002. - N И. -С. 24-25.

12. Итоги 2001 г. // Вестник Связи, 2002, - № 4. - http://www.vestnik-sviazy.ru/archive/042002/itogy.html (20.01.2003).

13. Итоговая коллегия Минсвязи Росси. // Вестник Связи, 2003, - № 03. http://www.vestnik-sviazy.ru/archive/032003/kol.html (06.05.2004).

14. Кнут Д.Э. Искусство программирования, том 1. Основные алгоритмы, 3-е изд.: Пер. с англ.: Уч. пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. - 720 е.: ил. - Парал. тит. апнгл.

15. Кнут Д.Э. Искусство программирования, том 2. Получисленные алгоритмы, 3-е изд.: Пер. с англ.: Уч. пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. - 832 е.: ил. - Парал. тит. апнгл.

16. Кнут Д.Э. Искусство программирования для ЭВМ, том 3. Сортировка и поиск.: Пер. с англ. М.: Издательство «Мир», 1978. - 844 с.

17. Комплекс аппаратных и программных средств для поиска и слежения за подвижным наземным объектом "Вариант-Ш". http://www.phreaking.ru/ showpage.php?pageid=53092 (20.08.2004).

18. Конвей Р.В., Максвелл B.JL, Миллер JI.B., Теория расписаний, Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1975.

19. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы: построение и анализ. /Пер. с анг. Под ред. А. Шеня. М.: МЦНМО, 2002. - 960 с.

20. Круглинский Д., Уингой С., Шеферд Дж. Программирование на Microsoft Visual С++ 6.0 для профессионалов/Пер. с англ. СПб: Питер; М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2000. - 864 е.: ил.

21. Круглинский Девид Дж. Основы Visua С++. Пер. с анг. М.: Изд-во «Русская редакция», ТОО «Channel Trading Ltd.», 1997. - 696 с.

22. Многофункциональная система диспетчирования и мониторинга подвижных и стационарных объектов "Алмаз". http://www.bnti.ru/scripts/des.asp7itm =1597&lvl=02.04.&tbl=02.04. (20.08.2004).

23. Навигационные Компьютерные системы ИРБИС. http://user.rol.ru/ -ncsirbis/firm.htm (17.11.2003).

24. Николаев В.П. Местоопределение абонентов в сетях сотовой связи. // «Специальная техника» № 5, 2001 г.

25. Нортон П., Макгроегор Р. Руководство Питера Нортона. Программирование в Windows 95/NT 4 с помощью MFC. В 2-х книгах. Книга 1. М.: «СК Пресс», 1998.-616 е., ил.

26. Описание протокола NMEA-0183 версии 2.1. http://www.reclink.ru/ technology/nmea.htm (28.03.2004).

27. Паронджанов С. Объектно-ориентированные средства анализа, проектирования и реинжениринга информационных систем -http://www.citforum.tsu.ru/programming/prg96/ paronganov.shtml (14.02.2003).

28. Петрив Р.Б. и др. Мобильная связь: современные технологии и услуги. // Вестник Связи, 2001, - № 08. - http://www.vestnik-sviazy.ru/archive/ 082001/mob.html (27.02.2002).

29. Петрив Р.Б. Перспективы развития мультисервисных сетей в России. // Вестник Связи, 2002, - № 9. - http://www.vestnik-sviazy.ru/archive/ 092002/petriv.html (20.01.2003).

30. Петров Н.Н. Местоопределение подвижных объектов на основе спутниковых навигационных систем. // «Специальная техника» № 1, 1999 г. -http://st.ess.ru/ publications/articles/petrov/petrov.htm (12.03.2003).

31. Петров Н.Н. Методы счисления пути в системах местоопределения подвижных объектов. // «Специальная техника» № 3, 1999 г. http://st.ess.ru/ publications/articles/petrov2/petrov.htm (12.03.2003).

32. Петров Н.Н. Применение методов спутниковой радионавигации систем и комплексов технических средств местоопределения подвижных объектов. // «Специальная техника» № 4, 1998 г. http://st.ess.ru/publications/articles/ sputnav/sputna v.htm (12.03.2003).

33. Петров Н.Н. Системы и комплексы технических средств местоопределения подвижных объектов. // «Специальная техника» № 3, 1998 г.

34. Пинтер JI, Пинтер Д. Visual FoxPro: уроки программирования./Пер. с англ. М.: Журнал «The Pinter FoxPro Letter» TOO «Эдаль» совместно с издательским отделом «Русская Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1996. -480 е.: ил.

35. Поваляев Е., Хуторной С. Система спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS. Ч. 1 // CHIP NEWS : Инженерная микроэлектроника. 2002. - N 10. - С. 46-52.

36. Попов С.А. Мобильные системы-2002. // Вестник Связи, 2002, - № 4. -http://www.vestnik-sviazy.ru/archive/042002/mobil.html (20.01.2003).

37. Рихтер Джефри. Windows для профессионалов: создание эффективных Win32-пpилoжeний с учётом специфики 64-разрядной версии Windows/ Пер. с англ. 4-е изд. - СПб: Питер; М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2001. - 752 е.: ил.

38. Рябов А.Е. Интеграция КПК, спутниковой навигационной аппаратуры и ГИС для диспетчеризации, мониторинга и навигации наземного транспорта. -http://www.gisa.ru/8819.html (30.03.2003).

39. Сайт «RSDN Russian Software Developer Network». - http://rsdn.ru/ (6.09.2004).

40. Сайт «Портал технолоий». http://niiits.ulsu.ru/portal/data/481 (09.08.2004)43