Систематика и кодирование в структуре информационного обеспечения контейнерных перевозок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Дудакова, Анастасия Владимировна

• Дудакова, Анастасия Владимировна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дудакова, Анастасия Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И ПРОБЛЕМА СОЗДАНИЯ ЕДИНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА

1.1. Системный анализ использования действующих информационных технологий на железнодорожном транспорте IX

1. 2. О разработке и проектировании информационных систем, основанных на знаниях

1.3. Состояние разработок систематики и кодирования на транспорте

1. 4. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМАТИКИ

И КОДИРОВАНИЯ КОНТЕЙНЕРОВ

2.1. Глобальная контейнеризация и место контейнеров в структуре систематики подвижного состава

2.2. Разработка систематики контейнеров

2. 3. Применение систематики для кодирования контейнеров

2. 4. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ ОНТОЛОГИИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМАТИКИ

3. 1. Плоскостная систематика онтологий верхнего уровня

3.2. Структуризация категорий знаний, их атрибуты, интерпретация свойств

3.3. К проблеме создания онтологий верхнего уровня

3. 4. Представление онтологии предметной области (транспорта)

3. 5. Разработка онтологической модели задачи работы контейнерного терминала)

3. 6. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННЫХ КАРТ

ФУНКЦИОНОИРОВАНИЯ КОНТЕЙНЕРНОГО ТЕРМИНАЛА

АГЕНТСТВА НА СТАНЦИИ БАТАРЕЙНАЯ - ФИЛИАЛА ОАО

ТРАНСКОНТЕЙНЕР" НА ВОСТОЧНО-СИБИРСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ

4. 1. Роль онтологии при интеграции информационных систем

4. 2. Этапы разработки модели базы данных

4. 3. Контейнерная система как уровень приложений в задаче онтологического моделирования на основе систематики

4. 3. 1. Контейнерный терминал как объект инфологического моделирования

4. 3. 2. Разработка диаграмм потоков данных

4. 3. 3. Создание даталогической и физической моделей базы данных

4.3.4. Семантическое объединение данных

4. 4. Выводы по четвёртой главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Систематика и кодирование в структуре информационного обеспечения контейнерных перевозок»

Актуальность работы. В настоящее время ставится задача усиления железнодорожной составляющей в формировании транспортной политики государства, а также конкурентноспособной интеграции российских железных дорог в европейское транспортно-экономическое пространство. В решении указанных задач важную роль играет информационная поддержка. Однако в области информационного обеспечения недостаточно развиты стандарты по взаимодействию национальных баз данных между собой и с базами сторонних операторов, пользователей услуг железнодорожного транспорта, с органами и ведомствами, имеющими отношение к процессу перевозки, что приводит к значительным затруднениям в обработке информации, неэффективному использованию вычислительных ресурсов. В системе контейнерных перевозок с её глобальной инфраструктурой задействовано большое количество разрозненных субъектов и видов транспорта, поэтому главной задачей можно назвать их информационное объединение.

В области системного анализа — основного инструмента диссертации, следует отметить классические работы Берталанфи JI. [3], Месаровича М.[72], Оптнера С. [79], Бусленко Н.П. [8], Волковой В.Н.[10], Перегудова Ф.И. [84], Тарасенко Ф.П., Спицнадель В.Н. [92] и др. В решении задач управления железнодорожными перевозками и их информационного обеспечения принимали участие: Петров А.П., Буянов В.А., Угрюмов Г.А., Тишкин Е.М., Тулупов Л.П., Иловайский Н.Д., Писарев А.П., Рыбаков О.М., Гапанович В.А., Осьминин А.Т., Мишарин A.C. и др.

На современном этапе интеграционные задачи решаются на основе онтологического подхода. Большой вклад в развитие онтологий внесли такие зарубежные учёные как Gruber Т., Guarino N., Lenat D. В., Guha R. V., Noy N., McGuinness. D., Smith B., Calvanese D. Следует отметить работы российских учёных: Гавриловой Т. А., Хорошевского В. Ф., Когаловского М. Р., Тузовского

В. Ф., Ямпольского В. 3., Серебрякова В. А., Калиниченко Л. А., Массель Л. В.,

Макагоновой H. H., Скрипкина C. K. и др. Онтологии нашли применение в области больших систем энергетики (Ворожцова Т.Н.), медицинской диагностики (Клещев A.C., Москаленко Ф.М.) и др.

Представляется перспективным применение онтологического подхода в решении задач управления контейнерными перевозками и обеспечения более высокого уровня взаимодействия между ключевыми процессами.

Объект исследования в диссертации — железнодорожная система управления контейнерными перевозками и её информационное обеспечение.

Предметом исследования является онтологическое моделирование и кодирование подвижного состава на основе систематики.

Цель диссертации: повышение эффективности управления контейнерными перевозками за счет совершенствования структуры системы информационного обеспечения на основе концепции систематики и онтологического подхода. '

Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:

- выполнить анализ использования действующих информационных систем

ИС) на железнодорожном транспорте, подходов к интеграции информационных ресурсов; исследовать возможность использования онтологий для построения модели данных и представления знаний на железнодорожном транспорте;

- разработать метод создания онтологий на основе привлечения возможностей систематики; разработать систематику и кодирование контейнеров с целью обеспечения полноты охвата транспортных модулей;

- разработать обобщённую онтологию верхнего уровня, онтологическую модель предметной области, схему интеграции разнородных данных прикладной задачи на примере контейнерного терминала.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы системного анализа, онтологический подход, синергетические методы представления структуры сложных систем, теория графов, теория систем баз данных, информационное моделирование, методы систематики и кодирования.

Научную новизну составляют и на защиту выносятся следующие положения:

1. Впервые предложено использовать возможности систематики предельно полно представлять некоторую область знания для создания научно обоснованной методики построения онтологий разных уровней.

2. Обобщённая онтология верхнего уровня (ОВУ), содержащая наиболее общие научные категории, упорядоченные по рангам, с указанием выхода на практические ОВУ и на онтологии предметных областей.

3. Систематика и структура инвентаризационного кодирования контейнеров железнодорожного транспорта, позволяющая единообразно идентифицировать контейнеры и прочие транспортные средства.

Направление работы определено Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2007-2012 годы»:

1.2. «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела по информационным технологиям»;

5.1. «Развитие информационной инфраструктуры хранения и передачи новых знаний», утверждённой постановлением Правительства Российской Федерации от 17 октября 2006 г. (№ 613).

Личный вклад. Положения, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором. Совместно с д-ром техн. наук, профессором Б.П. Корольковым выполнена первоначальная постановка задачи объединения возможностей систематики и онтологического подхода, ориентированных на поддержку взаимодействия между транспортными информационными системами.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались на V Всероссийской научно-технической конференции

Политранспортные системы» (2007 г., Красноярск, СФУ); Х1-Х1У

Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (2007-2010 г., Санкт-Петербург, СПбГПУ); XII-XV Байкальской всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (2007-2010 г., ИСЭМ СО РАН); Межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (2009 г., Иркутск, ИрГУПС), на семинарах кафедры «Управление эксплуатационной работой» ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» в 2007-2010 годах.

Достоверность разработок подтверждается сопоставлением предложенных подходов к систематике и кодированию подвижного состава, построению иерархии, онтологий ИС с существующими практическими схемами.

Практическая значимость. Предложенная методика разработки и построения онтологий всех уровней с использованием совокупности систематик предметных областей, общенаучных категорий способствует единообразному представлению знаний в информационных системах, обеспечивает прикладную сторону разработки моделей ИС. Материалы работы используются в учебном процессе института Информационных технологий ИрГУПС. Построена онтологическая модель функционирования контейнерного терминала Агентства на ст. Батарейная - филиала ОАО "ТрансКонтейнер" на Восточно-Сибирской железной дороге. На результаты диссертационного исследования получены положительные отзывы службы коммерческой работы в сфере грузовых перевозок ВСЖД - филиала ОАО «РЖД» и Агентства на ст. Батарейная - филиала ОАО "ТрансКонтейнер" на Восточно-Сибирской железной дороге.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных положений диссертационных работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 128 наименований и четырёх приложений. Общий объём работы составляет 150 страниц, в том числе 36 рисунков, 6 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Дудакова, Анастасия Владимировна

4. 4. Выводы по четвёртой главе

1. Для объединения основных транспортных подсистем и обеспечения более высокого уровня взаимодействия между ключевыми процессами в работе предлагается использовать онтологии, обеспечивающие интероперабельность.

2. Структура идентификационного кодирования транспортных средств, основанная на разработанной систематике подвижного состава, использована при организации логической модели данных. Она позволяет хранить сведения о транспортных средствах в единой форме.

3. Проведено информационное обследование предметной области контейнерных перевозок, с использованием онтологической модели разработаны инфологическая, даталогическая модели задачи «Отправление контейнера». Структурная модель процесса отправления контейнера выполнена с помощью БРЭ-диаграмм с использованием СА8Е-средств ВР-'Мп. Данные модели реализованы для разработки прототипа базы данных контейнерного терминала.

4. Приведена архитектура системы семантического объединения данных на основе онтологий, продемонстрирована схема получения ответа на запрос в системе семантического объединения разнородных данных с использованием онтологий.

123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена важная научно-техническая задача совершенствования информационной структуры контейнерных перевозок на основе транспортной систематики, единообразного инвентаризационного кодирования и применения онтологий для интеграции разнородных данных.

1. Выполнен системный анализ проблемы использования действующих информационных технологий на железнодорожном транспорте, современных подходов к моделированию систем, основанных на знаниях; предложено использовать онтологии как средство универсализации представления в базах знаний иерархических систем и их семантической интеграции для условий железнодорожного трансцорта.

2. Разработаны систематика контейнерного парка и структура инвентаризационного кодирования контейнеров, дополняющие существующие системы идентификации железнодорожного подвижного состава с ходовой частью.

3. Методика систематики применена для продвижения процесса формализации извлечения знаний. Разработана обобщенная плоскостная ОВУ на основе наиболее общих научных категорий и их атрибутов: Обоснована необходимость построения более ёмкой трёхмерной систематики ОВУ. Разработаны объёмные (трёхосевые) схемы совокупностей атрибутов понижающихся рангов, которые упорядочивают, делают наглядными и расширяют возможности конструирования практических онтологий.

4. Построена онтология работы контейнерного терминала на примере терминала Агентства на станции Батарейная — филиала ОАО «Трансконтейнер» на ВСЖД. Показана возможность реализации онтологии задачи нижнего уровня и её связи с онтологиями предметной области и верхнего уровня. Проведено исследование информационного обеспечения подсистемы контейнерных перевозок, на основе онтологии разработаны инфологическая, даталогическая модели задачи «Отправление контейнера». Данные модели реализованы при создании прототипа базы данных. Представлена концепция семантического объединения данных на основе онтологий.

125

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дудакова, Анастасия Владимировна, 2011 год

1. Бабак В.Ф., Рыженко И.Н. Совершенствование методологии проектированияинформационных систем. URL: http://www.citforam.ru/cfm/articles/mpis. shtml, (датаобращения: 15.01.08).

2. Бельницкий Д. С. Характеристика рынка транспортных компаний в системе ОАО «РЖД» // Транспорт: наука, техника, управление. №1.-2008. — С. 15-18.

3. Берталанфи JT. Общая теория систем Критический обзор / В кн.: Исследования по общей теории систем. - М.: Прогресс, 1969. - С. 23-82.

4. Биряльцев Е. В., Гусенков А. М., Косинов Я. Г. Представление структуры реляционных баз данных в формализме онтологий // Материалы конф. TEL-06 «Онтологии и лингвистические базы данных».

5. Большая советская энциклопедия. URL: http:// bse.sci-lib.com. (датаобращения:01.12.2009).

6. Буданов В.Г. О методологии синергетики. Нелинейный мир. М.: Радиотехника, № 1 2, т.4. 2006. - С.70-87.

7. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1968. 356 с.

8. Виттих В. А., Волхонцев Д. В., Гинзбург А. Н. и др. Распределенные онтологии и их применение в решении задач интеграции данных URL: www.kg.ru (дата обращения:2210.2009).

9. Волкова В. Н., Денисов А. А. Основы теории систем и системного анализа: уч. для сгуденгов вузов. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. — 520 с.

10. Ворожцова Т.П., Скрипкин С.К. Онтологический подход к моделированию программного комплекса. Вестник ИрГТУ. — 2006. — №2 (26), С.72-78.

11. Ворожцова Т.Н., Макагонова H.H., Скрипкин С.К. Применение онтологий для описания энергетики. « Информационные и математические технологии в науке и управлении» // Тр. XII Байкальской Всерос. конф. Ч. III. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2007. - 256 с.

12. Ворожцова Т. Н. Построение программных комплексов для исследованийтеплоэнергетических систем с использованием онтологий/ Автореф. дисс. . канд. техн. наук.- Иркутск, 2009. 26 с. •

13. Воронин А., Кабалинский Д. По вагонам! // Эксперт. 2004. №50. (21.12.2004).

14. Воронин Ю.А. Теория классифицирования и её приложения. Новосибирск.: Наука, 1985.-231 с.

15. Гаврилова Т. А., Черванская К. Р. Извлечение и структурирование знаний дляэкспертных систем. М.: Радио и связь, 1992. —200 с.

16. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем: Учебник.

17. СПб.: Питер, 2001.-384 с. ,

18. Гаврилова Т. А., Управление знаниями: ЧТО ДЕЛАТЬ? // Сб. докл. 7-ой конф.

19. Реинжиниринг бизнес-процессов. Системы управления знаниями». М.: МЭСИ, 2004. -С. 61-67. "

20. Гаврилова Т. А., Веселова E. Е. Об одном подходе к созданию атрибутивных онтологий и таксономий. «Системный анализ в проектировании и управлении» Тр. X междун. науч.-практ. конф. Ч. 2. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. - С. 283-285.

21. Гаврилова Т. А. Онтологический инжиниринг URL: http://www.big.spb.ru/publications /bigspb/km/ontologengeneering.shtml (дата обращения: 15.05.2008).

22. Гапанович В.А. Белая книга ОАО «РЖД». Стратегические направления научнотехнического развития компании // Железнодорожный транспорт. №8. — 2007. - С. 2-5.

23. Годовой отчет 2006 ОАО «Центр по перевозке грузов в контейнерах «Трансконтейнер». URL: http://www.trcont.ru/ (дага обращения: 22.02.2008).

24. ГОСТ 21390-83. «Контейнерная транспортная система. Термины и определения»

25. URL: http://libt.ru/gost/download/gost-21390-83.html (дата обращения: 02.02.2010).

26. ГОСТ Р 52524-2005 (ИСО 6346:1995) «Контейнеры грузовые. Кодирование, идентификация и маркировка».

27. Дарманский С. И., Соломянный С. В., Шитикова А. М. Аспекты систематики влогистике // Транспортная инфраструктура Сибирского региона: мат-лы межвуз. науннс— практ. конф. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2009. - 880 с.

28. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. — 8-е изд. М.: Вильямс, 2005. - 1328 с.

29. Добров Б. В., Иванов В. В. и др. Онтологии и тезаурусы: модели, инструмеыгтс^&.х