CC BY
37
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 004
МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМИ СИСТЕМАМИ, УЧИТЫВАЮЩЕЙ ВОЗМОЖНОСТИ ИННОВАЦИЙ
В.Г. Бурлов1, М.И. Грачев2
1 Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого,
195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29 2Санкт-Петербургский университет МВД России, 198206, Санкт-Петербург, ул. Летчика Пилютова, д. 1.
В работе предложена математическая модель управления транспортными системами на основе управленческого решения лица принимающего решения. Рассматривается синтез адекватной модели управления с учетом инновационных Web-технологий. Разработанная модель. позволит повысить оперативность управления транспортными системами при удовлетворении требований гарантии достижения цели управления
Ключевые слова: Транспортные системы, управленческое решение, инновационные WEB-технологии, математическая модель, синтез.
THE MODEL OF TRANSPORT SYSTEMS MANAGEMENT, TAKING INTO ACCOUNT THE
POSSIBILITIES OF INNOVATION
V. G. Бурлов, M. I. Grachev
St.Petersburg Polytechnic University, 195251, St. Petersburg, Politekhnicheskaya St., 29
St. Petersburg University of the Russian interior Ministry, 198206, St. Petersburg, st. Letchika Pilyutova, 1 The paper proposes a mathematical model of transport systems management on the basis of the managerial decision of the person making the decision. The synthesis of an adequate management model is considered taking into account innovative Web technologies. The developed model. will improve the efficiency of the management of transport systems, while meeting the requirements of guaranteeing the achievement of the management objective
Keywords: Transport systems, management decision, innovative web-technologies, mathematical model, synthesis.
Введение. С развитием интернет инновационных технологий (Web-технологий) происходит автоматизация многих направлений жизнедеятельности человека, но и соответственно повышается контроль за транспортными системами, например, в соблюдении участниками движения правил дорожного движения. На основе моделей повышения эффективности управления безопасностью дорожного движения (БДД) с применением инновационных Web-технологий происходит постоянный мониторинг и отслежи-
вание соблюдения правил дорожного движения
(ПДД).
БДД - состояние данного процесса, отражающее степень защищенности его участников от дорожно-транспортных происшествий и их последствий.
Обеспечение безопасности дорожного движения - деятельность, направленная на предупреждение причин возникновения дорожно-транспортных происшествий, снижение тяжести их последствий.
ТВячёслав Георгиевич Бурлов — доктор технических наук, профессор, тел.: +7(911)100-41-01, e-mail: [email protected];
2Михаил Иванович Грачев — Старший инженер информационного центра, Санкт-Петербургский университет МВД России, e-mail: [email protected], тел.: +7 911 100 41 01
Инновационные Web-технологии позволяют совершенствовать процесс управления БДД. Для этого необходимо разработать модель управления БДД, учитывающей возможности инновационных технологий/ В основе деятельности, как участника движения, так и специалиста по организации и безопасности дорожного движения лежит решение человека. Человек осуществляет свою деятельность на основе модели [1,2]. Поэтому, для осуществления деятельности, адекватной дорожной обстановке, необходимо располагать адекватной математической моделью решения человека. Сложилась интересная ситуация - в публикациях по выработке управленческого решения утверждается, что построить математическую модель решения человека весьма проблематично, если не сказать, что нельзя. А в публикациях представлены только результаты обоснования решения, но не модель самого решения! Но без математической модели решения весьма сложно гарантировать достижения цели управления БДД. Такая же ситуация и с построением системы обеспечения БДД, так как отсутствует критерий синтеза правильно построенной системы. Данная совокупность факторов определяет актуальность настоящей работы. А целью является выбор и обоснование условия гарантированного достижения цели управления БДД на основе синтеза математической модели решения управления безопасностью дорожного движения, учитывающей возможности Web-технологий.
Естественно-научный подход к синтезу модели управления безопасностью дорожного движения, учитывающей возможности Web-технологий. В процессе деятельности по организации и управлению БДД зачастую возникают ситуация, когда результаты деятельности не гарантируют достижение цели управления. Неудовлетворительный результат управления обоснован противоречивыми выводами. Для исключения противоречивых выводов следует использовать аксиоматический метод. Только этот метод позволяет исключить произвол в рассуждениях [3-5].
Для формирования условий, гарантирующих достижения цели деятельности, используется естественно-научный подход (ЕНП) к управлению БДД. ЕНП определяется интеграцией свойств Мышления человека, окружающего Мира и Познания [3-5] реализуется научно-педагогической школой «Системная интеграция процессов государственного управления» [6]. Трёхкомпонентность отражается в трёх принципах [3-5].
¡.Принцип трёхкомпонентности познания.
2.Принцип целостности Мира. Реализуется ЗСЦО [3-5]. Это устойчивая, объективная, повторяющаяся связь свойств объекта и действия при фиксированном предназначении.
3.Принцип познаваемости Мира. Реализуется методами. Декомпозиция. Абстрагирование. Агрегирование.
В процессе деятельности человек оперирует с категориями «система», «модель» и «предназначение». Известно два направления разработки системы (модели). Разработка на основе решения задачи анализа и решение на основе синтеза. Такой подход известен из системотехники [7]. Ещё академик АН СССР Анохин П.К. [1] указывал и экспериментально подтвердил, что для синтеза системы необходимо выявить «основную закономерность» общей теории функциональных систем [1]. В том числе обращался к ведущим специалистам в области создания и исследования систем (например, к М. Ме-саровичу и др. [10]) с вопросом о разработке формализованного критерия построения системы. Вопрос ответа не получил в известных публикациях, но разрабатывается научно -педагогической школой «Системная интеграция процессов государственного управления» в форме закона сохранения целостности объекта (ЗСЦО) [6]. В настоящей работе для синтеза модели решение используется ЗСЦО [3-5]. Наиболее приемлемым подходом для оценивания адекватности является «полнота учёта основных закономерностей предметной области». Если в области естественных наук для оценивания адекватности модели используются законы физики, химии. То в области сложных систем, социальных, экономических, технико-технологических систем и прочих предлагается использовать ЗСЦО [3-5].
Общий подход к синтезу модели управлении безопасностью дорожного движения, учитывающей возможности Web-технологий. С развитием интернет технологий (Web-технологий) осуществляется автоматизация процессов управления БДД. На основе моделей управления БДД с применением Web-технологий происходит постоянный мониторинг и отслеживание условий адекватной деятельности участников дорожного движения в интересах формирования ЛПР. А реализует данное решение - автоматизированная система. Модель позволяет принимать управленческие решения, соответствующие сложившейся дорожной обстановке.
Известно, что при управлении, единственным невосполнимым ресурсом является время. Использование Wed-технологий позволяет ЛПР сокращать временные характеристики
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №4(42) 2017
35
управленческого решения. Для реализации отмеченных возможностей Wed-технологий необходимо разработать математическую модель решения ЛПР по обеспечению БДД.
ЛПР осуществляет деятельность по обеспечения БДД. Специфическая человеческая форма отношения к окружающему миру, содержание которой составляет его целесообразное изменение в интересах людей, (удовлетворение их потребностей) называется «деятельность» [8]. В основе деятельности по управлению БДД всегда лежит решение человека (лица принимающего решения (ЛПР)) [9].
Человек принимает на основе модели. Под моделью объекта будем понимать описание или представление объекта, соответствующее объекту и позволяющее получать характеристики об этом объекте. Решение - модель процесса, с которым работает человек. Процесс - это объект в действии при фиксированном предназначении. Для синтеза применяем ЕНП, базирующийся на ЗСЦО.
В процессе деятельности человек оперирует с категориями «система», «модель» и «предназначение» («результат») [1,2,3]. Поэтому особенно корректно необходимо рассматривать и использовать эти категории.
Известно всего два направления разработки системы (модели) [7]. При анализе (решение проблемы выбора) проектировщику выдают набор физических элементов и требуют предсказать возможный результата функционирования системы. То есть проектировщик сформирует один вариант системы, другой и так далее, анализирует результат функционирования каждого и выбирает тот вариант, который наиболее полно удовлетворяет требуемым условием. То есть осуществляется перебор вариантов, решается прямая задача. Такой подход принципиально не позволяет гарантировать цели деятельности [7].
При синтезе проектировщику дают набор выходных характеристик системы и требуют определить количественный и качественный состав системы [7]. Главная трудность в том, что надо знать закон построения и функционирования разрабатываемой системы [3].
Также следует рассмотреть особенность синтеза модели объекта (процесса). Ключевым моментом является условие её адекватности. Наиболее приемлемым подходом является «полнота учёта основных закономерностей предметной области» [3]. Если в области естественных наук для адекватности разрабатываемой модели используются законы физики, химии. То области сложных систем, социальных, экономических, технико-технологических систем и прочих предлагается использовать ЗСЦО [3-5].
В соответствии с разработанным ЕНП [3-5] каждый процесс должен быть представлен тремя компонентами, соответствующих свойствам «объективность», «целостность» и «изменчивость» (или понятиям «объект», «предназначение» и «действие»), Эти три компонента располагаются по горизонтали. С одной стороны, они могут интерпретироваться в трёх различных уровнях познания мира (абстрактном, абстрактно-конкретном, конкретном). Такой подход определяет наличие трёх уровней по вертикали.
Введём следующие определения. Управленческое решение - условия обеспечение субъектом условий реализации предназначения объекта, которым он управляет, в соответствующей обстановке в интересах достижения цели управления. Обстановка - совокупность факторов и условий, в которых осуществляется деятельность. Информационно-аналитическая работа -непрерывное добывание, сбор, изучение, отображение и анализ данных об обстановке (маркетинг, разведка, мониторинг). Разложив понятие «управленческое решение» на три базовых элемента «обстановка», «информационно-аналитическая работа» и собственно «решение» необходимо перейти к синтезу модели решения. На рис.1. представлена структурная схема синтеза модели. Такой подход позволяет получать гарантию достижения цели. Руководствуясь принципами Трёхкомпонентности познания, Целостности и Познаваемости осуществим синтез модели [5].
Управленческое решение
декомпозиция Рсшснис (Гсалм I лит прсцназнач«ния СОЬ)
Обстановка ш- г Информацнонно- - аналитическая работа
т
^ПП
Абстрагирование [формализация*
I
агрегирование
МидсЛь рсШСИ IIи
р = Н д^ , Л .Д .)
Рисунок 1 - Структурная схема развёртывания содержания процесса синтеза математической модели решения
На 1 -ом уровне, применяя метод декомпозиции, расчленяем решение именно на три элемента «обстановка», «решение» и «инфор-
мационно-аналитическая работа», которые соответствуют «объекту», «предназначению» и «действию». Применяя на 2-ом уровне метод абстрагирование мы отождествляем «объект» («обстановка») с периодичностью проявления проблемы перед человеком - Д^пп. «Предназначение» («Решение») отождествляем с периодичностью нейтрализации проблемы (средним временем адекватным реагированием на проблему) человеком -Д^нп. «Действие» («Информационно -
аналитическая работа») отождествляем с периодичностью идентификации проблемы (средним временем распознания ситуации) - Д^ип. Временные характеристики обоснованы тем, что только временные ресурсы для человека невосполнимы. Также результаты исследования в теории функциональных систем академика АН СССР Анохина П.К. показали, что решение человека формируется в схеме «возбуждение», «распознание», «реакция на обстановку». Поэтому в работе при синтезе осуществляется формализация этих трёх элементов.
С позиций ЕНП [3-6] и результатов экспериментальной деятельности Анохина П.К. [1], механизм формирования решения можно представить следующей диаграммой изменения базовых компонентов формирования модели решения (рис.2).
г
лг — ИП г
. г
Р = Р ( А?г
Аи
временем идентификации проблемы (распознания ситуации) исходя из персональных психо-физиологических характеристик (ПФХ) ЛПР;
- фактор технической оснащённости (ТО), учёт которого в модели решения осуществляется средним временем задействования возможностей Web-технологий по сокращению времени идентификации проблемы; А^ТП < 0; (данная характеристика всегда величина не положительная, так как, по определению, сокращает длительность ) .
Среднее время нейтрализации проблемы А/яя = АХ^ф + А^ТП ; имеет 2 составляющие:
- ЧФ, учёт которого в математической модели решения осуществляется среднем временем нейтрализации проблемы (выработки команды по задействованию ресурсов на нейтрализацию проблемы) А^Чф исходя из персональных ПФХ ЛПР;
- фактор ТО, учёт которого в модели решения средним временем задействования возможностей Web-технологий по сокращению времени нейтрализации проблемы; АХ^ < 0; (величина не положительная, так как, по определению, сокращает длительность АХПП);.
Такая интерпретация базовых компонентов математической модели решения человека позволила увязать данные элементы с характеристиками возможностей Web-технологий А^Чф и АХ ЧФ через показатель эффективности реализации управленческого решения Р (вероятность того, что каждая проблема, возникающая перед ЛПР, распознается им и нейтрализуется). Общий вид зависимости имеет следующий вид.. ^
Р = Р (А?г
Аи
Аи
АХТП )
■ А1 НП )
Рисунок 2 - Диаграмма проявления базовых элементов формирования модели решения
Синтез модели управления безопасностью дорожного движения, учитывающей возможности Web-технологий. В результате применения методов декомпозиции, абстрагирования и агрегирования мы преобразовали понятие «управленческое решение» в агрегат - математическую модель управленческого
А1 НП ) , где Р
есть вероятность того, что проблема возникающая перед ЛПР распознается и разрешается. Это есть условие существование процесса управления БДД. Среднее время идентификации проблемы АХЯЯ = АХ ЧФ + А^ТП; имеет 2 составляющие:
- человеческий фактор (ЧФ), учёт которого в модели решения осуществляется средним
Для получения данной зависимости поступим следующим образом. Введем следующие обозначения. Л - величина, обратная среднему времени проявления проблемы; у1 - величина, обратная среднему времени идентификации проблемы; у2 - величина, обратная среднему времени нейтрализации проблемы. ЛПР при управлении БДД может выполнять в различных сочетаниях две функции: идентифицировать проблему и нейтрализовывать проблему (задействовать ресурсы обеспечения БДД) [1-3]. Используя подход, изложенный в работе [4], поступим следующим образом. Модель решение ЛПР характеризует четыре базовых состояния: Л00 - ЛПР не идентифицирует и не нейтрализует; Лю - ЛПР идентифицирует и не нейтрализует; Л01 - ЛПР не идентифицирует и нейтрализует; Л11 - ЛПР идентифицирует и нейтрализует. В соответствии с описанной особенностью управленческого решения необходимо ввести вероятности нахожде-
ТЕХНИКО-ТЕХ АЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №4(42) 2017
37
ния нашей системы управления в этих четырёх состояниях. Мы, соответственно, получаем четыре вероятности Р00, Р10, Р0ь Рц, нахождению системы в состояниях А00, А10, А0Ь Ли. Процесс формирования решения можно рассмотреть, как цепь Маркова, например в работе по исследованию безопасности [11]. Такой подход не позволяет в достаточной мере учитывать динамику процесса, поэтому в работе целесообразно использовать непрерывные цепи Маркова. Для этого используем систему дифференциальных уравнений Колмогорова - Чемпена для рассмотренных состояний нашей системы [4]. Сделав допущения о стационарности процесса, преобразуем систему дифференциальных уравнений к системе алгебраических уравнений и получим решение в следующем виде:
P 1 =
Л(Л + V + v2) + w'
1
р =- .
11 (П + )[( Л -+ ^ + ^ ) -+- ^^ ] Получив эти соотношения, мы можем выработать требования к свойствам процесса обеспечения БДД, учитывающим возможности
Web-технологий. ^ ^
р _ р _12_
р00 рОБСЛ к к к ч (1)
Л( + ) + ()
В этом соотношении связаны три параметра, которые зависят от возможности Web-технологий. Таким образом мы установили аналитическую зависимость обобщённых характеристик обстановки (А^пп), информационно-аналитической деятельности .
(^ ИП =
= AtЧФ +At1
— тли ~ Т/.
7) и нейтрализации проблемы
( А1НП = А Чп + А^НЛ), возникшей при управлении БДД. Следую работе академика Анохина П.К. [1], мы получили системообразующий фактор создания системы управления БДД в форме соотношения (1).
Выводы. Рассматривая соотношение (1) как условие существования процесса управления БДД и задавая уровень БДД в виде р , располагая характеристикой обстановки А1 пп = / (х- , х2 , . . . , Х- ), формируется, исходя из условия обеспечения показателя БДД требуемый показатель процесса распознания ситуации А ип = /2 (У ' У 2 ' . . . ' У т) и требуемый показатель результата деятельности по управлению БДД
А^ = / (2 , 2 2, . . . , 2 к ) . Где вектор X характеризует процесс образования проблемы при управлении БДД, У характеризует процесс распознания ситуации, а X характеризует процесс нейтрализации проблемы при правлении БДД. В целом, работе предложен метод управления БДД, позволяющий учитывать возможности инновационных Web-технологиИ. Синтез системы управления БДД на основе системы дифферен-
циальных уравнений позволил реализовать гарантированный подход к управлению БДД. Модель управления, может быть далее усложнена, введением дополнительных обратных связей и учётом других условий. Данный подход с одной, стороны позволяет синтезировать адекватную модель управления безопасностью дорожного движения, с другой стороны позволяет достаточно полно для практики учитывать возможности инновационных Wed-технологий. Внедрение в систему управления БДД разработанную модель позволит отображать на экране браузера все технологические объекты процесса управления БДД, оперативно получать информацию о ходе дорожного движения, отслеживать состояния объектов дорожного движения с любого рабочего места, в любой точке города в режиме on - line и оперативно принимать решения по дальнейшей логике деятельности. Разработка системы управления БДД на основе предлагаемой в статье моде ли позволит повысить оперативность управления БДД при удовлетворении требований гарантии достижения цели управления безопасностью дорожного движения.
Литература
1.Анохин П.К. Системные механизмы высшей нервной деятельности. М. "Наука", 1979, - 453 стр.
2.Арбиб М. Метафорический мозг. М.: Мир, 1976. — 296 с.
3.Бурлов В.Г. Основы моделирования социально-экономических и политических процессов (Методология. Методы) СПб: Факультет Комплексной Безопасности, СПБГПУ.2007г.-265 с.
4.Бурлов В.Г. Математические методы моделирования в экономике. Часть 1, -С-Пб. СПбГПУ, Факультет безопасности, НП «Стратегия будущего», 2007.-330с.
5.Бурлов В.Г. О концепции гарантированного управления устойчивым развитием арктической зоны на основе решения обратной задачи. Информационные технологии и системы: управление, экономика, транспорт, право. 2015. № 2 (16). С. 99-111.
6. Реестр ведущих научных и научно-педагогических школ Санкт-Петербурга. http://is.ifmo.ru/aboutus /2013 / science -schools.pdf
7. Goode H.H., Machol R.E. System Engineering: An Introduction to the Design of Large-Scale Systems. McGraw-Hill Book Co. New York, 1957. 551p
8. Большой энциклопедический словарь / Ред. А. М. Прохоров . - 2-е изд. - М. : Большая Российская энциклопедия, 2000 . - 1456 с.
9..Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981. -468 с.
10. M. D. Mesarovic, Yasuhiko Takahara, General Systems Theory: Mathematical Foundations. ACADEMIC PRESS New York, San Francisco, London 1975.
11. Burlov, V.G., Volkov, V.F. Method of consecutive expert estimates in control problems for the development of large-scale potentially dangerous systems / Engineering Simulation 12 (1) , pp.110
