CC BY
107
УДК 69. 075.8
СЕТЕЦЕНТРИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЭФФЕКТИВНОМ СОПРОВОЖДЕНИИ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Л.А. Хмара, профессор, д.т.н., Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, г. Днепропетровск,
С.И. Кононов, к.т.н., Запорожский строительный колледж
Аннотация. Рассмотрен комплекс мероприятий по эффективному сопровождению строительных машин с применением сетецентрических технологий и GPS-мониторинга, который позволяет контролировать нахождение, техническое состояние и работу машин в режиме реального времени.
Ключевые слова: сетецентрические технологии, GPS-мониторинг, система ГЛОНАСС, рабо-томер, маршрут движения, база знаний, база данных.
МЕРЕЖОЦЕНТРИЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ В ЕФЕКТИВНОМУ СУПРОВОДЖЕННІ
ДОРОЖНЬО-БУДІВЕЛЬНОЇ ТЕХНІКИ
Л.А. Хмара, професор, д.т.н., Придніпровська державна академія будівництва і архітектури, м. Дніпропетровськ,
С.І. Кононов, к.т.н., Запорізький будівельний коледж
Анотація. Розглянуто комплекс заходів щодо ефективного супроводження будівельних машин із застосуванням мережоцентричної технології, GPS-моніторингу, який дозволяє контролювати перебування, технічний стан і роботу машин у режимі реального часу.
Ключові слова: мережоцентричні технології, GPS-моніторинг, система ГЛОНАСС, робото-мір, маршрут руху, база знань, база даних.
NETWORK-CENTRIC TECHNOLOGIES IN EFFECTIVE SUPPORT OF HEAVY
CONSTRUCTION EQUIPMENT
L. Khmara, Professor, Doctor of Engineering Sciences, Prydneprovskaya State Academy of Construction and Architecture, Dnipropetrovsk,
S. Kononov, Candidate of Engineering Sciences, Zaporozhskiy Construction ^і^є
Abstract. The article deals with a set of activities on effective support of construction machines with the use of network-centric technologies and GPS-monitoring, which allows controlling location, technical state and operation of machines in real time.
Key words: network-centric technologies, GPS-monitoring, GLONASS system, work-measuring device, traffic route, knowledge base, database.
Введение
Применение сетецентрических технологий при сопровождении дорожно-строительной техники позволяет эффективно контролировать и принимать решения на всех этапах технологии и организации производства работ в режиме реального времени.
Анализ публикаций
Исследованиям в области организации и повышения эффективности использования строительных машин посвящены работы ученых: В.И. Баловнева [1-3], Л.А. Хмары [1-10], С.А Ушацкого [11], Р.Б. Тян [12], И.Д. Павлова [13], А.В. Радкевича [13],
С.Е. Канторера [12], Р. Акофф [15] , Г.П. Бирюкова [17], И.В. Павлиенко [18], А.В. Ру-динского [19, 20].
Цель и постановка задачи
Разработать эффективную систему контроля и сопровождения дорожно-строительной техники с применением сетецентрических технологий.
Одной из актуальных проблем при ведении дорожных и земляных работ является эффективное использование техники. Согласно статистике, потери от нецелевого использования техники составляют 20-40 %, что приводит к значительному увеличению себестоимости выполняемых работ.
Комплекс мероприятий по эффективному сопровождению строительных машин
При выполнении большого объема дорожных работ целесообразен комплексный подход с использованием сетецентрических технологий при выборе и дальнейшем использовании строительной техники, что дает не только значительную экономию денежных средств, но и позволяет контролировать работу используемых машин в режиме реального времени.
В настоящее время особую популярность получили сетецентрические технологии. Для того чтобы иметь представление, о чем идет речь, в первую очередь необходимо дать определение понятию «сетецентрические технологии».
Сетецентричность - принцип организации систем управления, позволяющий реализовать режим ситуационной осведомлённости благодаря формированию и поддержанию единой для всех ярусов управления целостной, контекстной информационной среды и включению в процесс её непрерывной актуализации возможно большего числа источников первичной информации [15].
Таким образом, сетецентрические технологии подразумевают наличие единого информационного пространства, а также ориентированность в первую очередь на сеть. Что же вкладывается в понятие «сеть»? Это не просто компьютеры, объединенные в единый комплекс. В это понятие входят: сети управ-
ления, сети подразделений, «социальные» сети, объединяющие технику и сотрудников. Все это сводится в единое информационнокоммуникационное пространство, функционирующее в реальном масштабе времени, что позволяет организации действовать намного быстрее и эффективнее. Однако эффективная система должна быть не только сетецентрична, также важно, чтобы она была интеллектуальной и целеустремленной.
Целеустремленная система - это такая система, которая должна выполнять поставленные перед ней цели функционирования, под которые она проектировалась или проектируется.
Каждая система, независимо от ее сложности, обладает свойствами, определяющими ее качество. Качество - это свойство или совокупность свойств объекта, обуславливающих его пригодность для использования по назначению [16, 17]. Для оценки степени соответствия назначению служат показатели свойства и критерии его оценивания. Качество и его показатель - различные понятия. Показатель качества означает числовую характеристику, а критерий оценивания качества - совокупность условий.
Таким образом, оценивание качества системы и выбор наилучшей из них должны выполняться по достаточно сложному показателю, который принято называть «эффективность». Эффективность - комплексная характеристика потенциальных и реальных результатов использования системы с учетом: степени соответствия этих результатов главным целям; показателей ресурсопотребления, а также других видов количественных и качественных показателей, выявленных методами системного анализа [17].
При оценивании сетецентрической системы необходимо использовать экономическую и целевую эффективность. Именно эти аспекты позволяют оценить результат достижения цели и ресурсопотребления.
Необходимо каждую машину, используемую на объекте, оснастить персональным компьютером, оснащенным, в свою очередь, Wi-Fi, встроенной системой ГЛОНАСС и GSM-модулем, которая бы всю информацию по машине через беспроводные локальные сети Wi-Fi передавала бы основному компьютеру
(серверу - так называемому единому центру), где данные по объекту анализировались бы, создавая общую информационную картину, позволяющую принимать эффективное решение (рис. 1).
Такая система в режиме реального времени может обеспечить:
— определение с помощью встроенного приемника GPS\OOHACC своего местоположения, скорости, направления движения и других вычисляемых параметров [18];
— сбор с помощью внешних датчиков телематической информации, характеризующей работу транспортного средства и его исполнительных механизмов;
— передачу данных в сетях подвижной абонентской связи стандарта GSM 900/1800 с использованием режима передачи данных GPRS;
— передачу команд полученных данных из диспетчерского центра на исполнительные устройства транспортного средства;
— обмен формализованными текстовыми сообщениями между водителем транспортного средства и диспетчерским центром;
— работу в качестве автоинформатора - автоматическое определение нахождения транспортного средства;
— устройство GPS мониторинга строительного транспорта позволяет подключить 3 камеры (например, камеры внешнего вида и камеру, транслирующую обстановку внутри транспортного средства, оснащенного системой контроля транспорта);
— подключение к оборудованию системы GPS мониторинга транспорта, системы автоматического подсчета количества выполненных циклов строительной техники;
— периодический опрос внешних датчиков, характеризующих работу узлов и механизмов транспортного средства, подключенных к навигатору через аналоговые или цифровые входы, и сохранение полученной информации в энергонезависимой памяти;
— обмен данными и управляющими командами (по согласованным протоколам) с периферийными устройствами и системами, подключенными к навигатору (например, бортовой компьютер транспортного средства, система автоматического подсчета количества выполненных циклов, система проверки технического состояния машины, видеокамеры и т.д.);
— передачу информации диспетчеру автоматизированной системы GPS-мониторинга и
контроля используемого транспорта на объекте через заданный промежуток времени;
— обмен формализованными текстовыми сообщениями между водителем транспортного средства и диспетчером автоматизированной системы GPS-мониторинга и контроля используемого транспорта;
— передачу сигнала «SOS» диспетчеру автоматизированной системы GPS-мониторинга и контроля используемого транспорта.
Это становится возможным при использовании системы управления тактическим звеном
— создав глобальную сеть, которая позволяет контролировать все, что находится в зоне действия строительного объекта. Применяя данную систему, позволяющую осуществлять контроль каждой строительной машины с единого центра и быть как на ладони, с точностью до метра, можно эффективно организовать и проконтролировать работу всех машин, задействованных в технологическом процессе. В данной статье авторами предложен алгоритм мероприятий по эффективному контролю и сопровождению дорожной техники с применением сетецентрических технологий (рис. 2-3).
При разработке такой системы используем междисциплинарный многокритериальный подход, который учитывает: электронные 3D-карты; энергонезависимую память; управляющий процессор, работающий в режиме реального времени; графический дисплей; приемник навигационной спутниковой системы GPSY^OHACC со встроенной антенной; модуль GSM/GPRS со встроенной антенной; встроенную аккумуляторную батарею (со схемой управления); усилитель низкой частоты; видеокамеры или видеорегистраторы с возможностью подключения к системе GPS; технологическую оснастку типа рабочего органа выбираемой машины.
Используя данную систему, можно осуществлять сопровождение и контроль над обстановкой на строительном объекте в режиме реального времени, а подключенные видеокамеры или модный сейчас видеорегистратор позволяют видеть картинку с объекта.
С развитием информационных систем можно осуществлять и видеоконтроль с любой точки мира за ходом строительства на объекте, имея компьютер, ноутбук или мобильный телефон и зная код доступа к системе. Это
Рис. 1. Контроль оператора за работой используемого парка машин в режиме реального времени с помощью GPS: 1 - датчик пространственного положения рабочего органа; 2 - датчик количества расходуемого топлива; 3 - датчик учета количества рабочих циклов; 4 - датчик скорости машины; 5 - датчик режима работы двигателя; 6 - датчик работы видеооборудования, установленного на машине; 7 - датчик контроля усталости машиниста; 8 - датчик давления масла в гидросистеме; 9 - датчик технологической оснастки типа рабочего органа
Рис. 2. Алгоритм выбора эффективной технологии и организации производства работ
Рис. З. Алгоритм комплексного подхода сопровождения организации и аналитического моделирования использования строительных машин на примере экскаватора с применением GPS мониторинга в режиме реального времени
позволит не только осуществлять контроль, но и руководить ходом строительства, отдавая указания инженерам и прорабам, которые полученную информацию должны будут передавать рабочим, управляющим строительной техникой.
Применение электронных 3D карт позволит учитывать рельеф местности и осуществлять выбор эффективного маршрута движения, в значительной степени экономя время цикла транспортной единицы. Маршрут движения
для каждого случая следует выбирать с учетом местных условий так, чтобы путь движения был наиболее эффективным: путь L—mln, время Т——т1п, производительность П——тах
[5].
Создавая базы данных по используемой технике и применяемым технологиям и организации производства, используя критерий Парето, теорию графов, область теории возможности, логико-продукционные правила, нейросетевые технологии, многопарамет-
рический анализ, способ приемлемого решения задачи ситуационного анализа.
Выводы
Анализ ситуации должен всегда сопровождаться последующей выработкой необходи мых управляющих воздействий, направленных на объект управления во всех звеньях механизма принятия решений, начиная с тактического звена до управления производственным и технологическим процессами. Более того, концепция сетецентрических технологий предусматривает разработку системы принятия решений на всех уровнях (стратегическом, оперативном и тактическом) и этапах технологии и организации производства работ. Создание такой многоуровневой системы потребует и организации потоков информации, соответствующих каждому уровню и обеспечивающих принятие решения в конкретной обстановке и в конкретный момент, то есть информационное превосходство должно быть поддержано и превосходством интеллектуальным.
Литература
1. Строительные роботы и манипуляторы /
В.И. Баловнев, Л.А. Хмара, В.П. Ста-невский, П.И. Немировский. - К.: Буди-вэльнык, 1991. - 137 с.
2. Баловнев В.И. Интенсификация земляных
работ в дорожном строительстве /
В.И. Баловнев, Л.А. Хмара. - М.: Транспорт, 1983. - 184 с.
3. Баловнев В.И. Повышение производитель-
ности машин для земляных работ /
B.И. Баловнев, Л.А. Хмара. - К.: Буди-вэльник, 1988. - 152 с.
4. Машини для земляних робіт / Л.А. Хмара,
C.В. Кравець, В.В. Нічке та ін.; за заг. ред. Л.А. Хмари та С.В. Кравця. - Рівне-Дніпропетровськ-Харків [б.в.], 2010. -557 с.
5. Строительство. Материаловедение. Маши-
ностроение // Интенсификация рабочих процессов строительных и дорожных машин. Сер. «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование» : сб. научн. тр. / отв. ред. д.т.н., проф. Л.А. Хмара. - Днепропетровск: ПГАСА, 2011. - 310 с.
6. Хмара Л.А. Выбор строительных машин из
имеющегося парка (на примере скрепера) / Л.А. Хмара, С.И. Кононов // Гірни-
чі, будівельні, дорожні та меліоративні машини. - К.: КНУБА. - 2009. - № 74. -С.46-52.
7. Хмара Л.А. Сопровождение строительных
машин на этапе их выбора из имеющегося парка (на примере экскаватора) / Л.А. Хмара, С.И. Кононов // Будівництво України. - 2010. - № 2. - С. 41-45.
8. Хмара Л.А. Сопровождение машин для
земляных работ на этапе их выбора применительно к организации строительного производства / Л.А. Хмара, С.И. Кононов // Интерстроймех-2010: материалы междунар. научно-техн. конф. - Белгород: Изд-во БГТУ. - 2010.
- № 2, Том 2. - С. 185-204.
9. Хмара Л.А. Методические рекомендации
по инжинирингу организации технологических проектов производства земляных работ в строительстве / Л.А. Хмара,
С.И. Кононов, П.Е. Уваров. - Луганск: Изд-во Главного института проблем реконструкции, эксплуатации и инженерной защиты промышленных, жилых и гражданских объектов «Академпром-жилреконструкции» Академии строительства Украины, 2010. - 36 с.
10. Хмара Л.А. Сопровождение машин для
земляных работ на этапе их выбора применительно к организации строительного производства / Л.А. Хмара,
С.И. Кононов // Интерстроймех-2010: материалы междунар. научно-техн. конф. - Белгород: Изд-во БГТУ. - 2010.
- Том 2. - С. 185-204.
11. Ушацький С.А. Організація будівництва/
С.А. Ушацький, Ю.П. Шейко, Г.М. Тригер та ін. - К.: Кондор, 2007. - 521 с.
12. Тян Р.Б. Управління проектами: навч. по-
сібник / Р.Б. Тян, Б.І. Холод, В.А. Ткаченко. - Дніпропетровськ: Дніпропетровська академія управління бізнесу та права, 2000. - 224 с.
13. Павлов И.Д. Модели управления проек-
тами: учеб. пособие / И.Д. Павлов, А.В. Радкевич. - Запорожье: ГУ «ЗИДГМУ», 2004. - 320 с.
14. Канторер С.Е. Методы обоснования эф-
фективности применения машин в строительстве / С.Е. Канторер. - 2-е изд., пе-рераб. и дополн. - М.: Издательство литературы по строительству. 1969. -295 с.
15. Акофф Р. О целеустремленных системах /
Р. Акофф, Ф. Эмери - М.: Сов. радио, 1974. - 274 с.
16.Сетецентричность [Электронный ресурс] // Неогеография. - URL: http://www.neogeography.ru/ ru/2010-0504-20-41-25 (дата обращения 12.09.2011).
17. Бирюков Г.П. Основы проектирования
ракетно-космических комплексов / Г.П. Бирюков, Б.К. Гранкин, В.В. Козлов, В.Н. Соловьев. - С.Пб. : Алфавит, 2002. - 395 с.
18. Павлиенко И.В. Анализ сетецентрических
технологий и возможность их применения для разработки системы управления информационными ресурсами / И.В. Павлиенко // [Электронный ресурс] //http: //www. sworld. com .ua/index.php/ru/t echnical-sciences-311/innovative-technologies-311/7993-analysis-of-network-centric-technologies-and-their-applications-for-development-management-information-resources: -
Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет.
19. Рудинский А.В. Искусственный интел-
лект в сетецентрических войнах XXI века / А.В. Рудинский // [Электронный ресурс]
//http://www.oborona.ru/lncludes/perlodlcs
/conceptlons/2011/0905/22247309/detall.s
Ыт1.
20. Рудинский А.В. Метод оценки качества
адаптивных автоматических классификаторов, основанный на оценке Щ, Нейрокомпьютеры: разработка и применение / А.В. Рудинский, А.С. Ермоленко, 2007.- С. 25-29.
Рецензент: Е.С. Венцель, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 26 марта 2012 г.
