Помощь студентам в учебе
Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения для анализа динамики контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 3
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ
ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 5
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 7
Заключение 19
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 21
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ
ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 5
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 7
Заключение 19
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 21
Актуальность темы исследования. Массовые скопления людей являются неотъемлемой частью жизни любого современного человека. Очереди образуются на входах и выходах в метро, аэропорты, вокзалы, концертные залы, места проведения митингов и шествий, что приводит к массовому скоплению людей, нахождение в которых оказывается, как показывает история, потенциально опасными для их участников. Напомним некоторые трагические события с участием большого количества людей, завершившиеся давкой и массовой гибелью ее участников: давку во время коронация Николая II на Ходынском поле в г. Москва 4 мая 1896 г. (1379 человек убиты и более 900 ранены); давку во время похорон И.В. Сталина 9 мая 1953 г. (данные о количестве жертв отсутствуют или засекречены); давки, возникшие во время проведения футбольных матчей, - Большая спортивная арена Центрального стадиона им. В.И. Ленина, г. Москва, 20 октября 1982 г. (66 погибших); стадион «Хиллсборо», г. Шеффилд, 15 апреля 1989 г. (96 погибших, 766 пострадавших); стадион г. Порт-Саид, Египет, 1 февраля 2012 г. (73 погибших) и др. Таким образом, обеспечение безопасности участников массовых мероприятий и недопущения повторения трагических событий, по-прежнему, остается актуальной задачей.
Сегодня для снижения рисков возникновения нештатных ситуаций на этапе входа участников на объект проведения массовых мероприятий и их выхода с объекта по его окончанию (в первую очередь, футбольные стадионы) используют информационные контрольно-пропускные системы (ИКПС), одним из компонентов которой являются турникеты, обеспечивающие автоматизированную проверку билетов и управление потоками участников. При этом понятно, что проектирование и модернизация подобных систем для объектов проведения массовых мероприятий, предназначенных для размещения нескольких десятков тысяч участников мероприятий, является нетривиальной задачей, в ходе решения которой, исходя из априори ожидаемых количественных характеристик очередей посетителей, необходимо обосновать выбор типа и числа турникетов, мест их размещения. Также отметим, что информация о количественных характеристиках ожидаемых потоков посетителей планируемого массового мероприятия необходима представителям службы безопасности объекта его проведения для превентивной разработки адекватных мер по обеспечению безопасности участников массового мероприятия. Традиционным методом решения обсуждаемых задач являются методы аналогии и масштабирования ранее найденных решений (например, увеличение числа турникетов ИКПС пропорционально увеличению максимальной вместимости объекта проведения массового мероприятия). Однако выбранные технические решения, полученные на основе использования данных методов, как показывает практика, далеко не всегда оказываются оптимальными. При этом обнаружить их недостатки, которые не позволяют обеспечить требуемый уровень безопасности, удается только на практике. (Например, недостатки ИКПС стадиона «Лужники», модернизированного в преддверии чемпионата мира по футболу 2018 г., были обнаружены только в ходе проведения футбольного матча между сборными Аргентины и Российской Федерации 11 ноября 2017 г. При этом понятно, что их устранение потребовало дополнительных материальных и финансовых расходов).
В этой связи разработка научно-обоснованных подходов, обеспечивающих принятие правильных технических решений в части выбора технических характеристик турникетов ИКПС и их числа, а также получения оценок количественных показателей потоков посетителей массовых мероприятий, является актуальной задачей.
Степень проработанности темы. Анализ особенностей обслуживания очередей в различных технических и социальных системах является предметом исследования теории массового обслуживания (ТМО). С точки зрения ТМО отдельный турникет, представляет собой одноканальную систему массового обслуживания (СМО), контрольно-пропускная система объекта проведения массовых мероприятий - многоканальную СМО. Так как 3
интенсивность потока заявок на обслуживание изменяется во времени обсуждаемые СМО относятся к классу нестационарных СМО (НСМО)...
Сегодня для снижения рисков возникновения нештатных ситуаций на этапе входа участников на объект проведения массовых мероприятий и их выхода с объекта по его окончанию (в первую очередь, футбольные стадионы) используют информационные контрольно-пропускные системы (ИКПС), одним из компонентов которой являются турникеты, обеспечивающие автоматизированную проверку билетов и управление потоками участников. При этом понятно, что проектирование и модернизация подобных систем для объектов проведения массовых мероприятий, предназначенных для размещения нескольких десятков тысяч участников мероприятий, является нетривиальной задачей, в ходе решения которой, исходя из априори ожидаемых количественных характеристик очередей посетителей, необходимо обосновать выбор типа и числа турникетов, мест их размещения. Также отметим, что информация о количественных характеристиках ожидаемых потоков посетителей планируемого массового мероприятия необходима представителям службы безопасности объекта его проведения для превентивной разработки адекватных мер по обеспечению безопасности участников массового мероприятия. Традиционным методом решения обсуждаемых задач являются методы аналогии и масштабирования ранее найденных решений (например, увеличение числа турникетов ИКПС пропорционально увеличению максимальной вместимости объекта проведения массового мероприятия). Однако выбранные технические решения, полученные на основе использования данных методов, как показывает практика, далеко не всегда оказываются оптимальными. При этом обнаружить их недостатки, которые не позволяют обеспечить требуемый уровень безопасности, удается только на практике. (Например, недостатки ИКПС стадиона «Лужники», модернизированного в преддверии чемпионата мира по футболу 2018 г., были обнаружены только в ходе проведения футбольного матча между сборными Аргентины и Российской Федерации 11 ноября 2017 г. При этом понятно, что их устранение потребовало дополнительных материальных и финансовых расходов).
В этой связи разработка научно-обоснованных подходов, обеспечивающих принятие правильных технических решений в части выбора технических характеристик турникетов ИКПС и их числа, а также получения оценок количественных показателей потоков посетителей массовых мероприятий, является актуальной задачей.
Степень проработанности темы. Анализ особенностей обслуживания очередей в различных технических и социальных системах является предметом исследования теории массового обслуживания (ТМО). С точки зрения ТМО отдельный турникет, представляет собой одноканальную систему массового обслуживания (СМО), контрольно-пропускная система объекта проведения массовых мероприятий - многоканальную СМО. Так как 3
интенсивность потока заявок на обслуживание изменяется во времени обсуждаемые СМО относятся к классу нестационарных СМО (НСМО)...
1. Проведен анализ опыта проведения массовых мероприятий, результаты
которого свидетельствуют о том, что сегодня для управления потоками посетителей используются информационные контрольно-пропускные системы, в состав которых входят турникеты, обеспечивающие проверку билетов и доступ посетителей на объект.
С математической точки зрения отдельный турникет является одноканальной НСМО, совокупность турникетов ИКПС - многоканальной НСМО, описывающиеся известной системой дифференциальных уравнений относительно вероятности поступления заявок на обслуживание в НСМО Р(/), получить решение которой в общем виде для произвольного числа турникетов и интенсивности обслуживания заявок не удается, в связи с чем единственным методом, обеспечивающим вычисление количественных характеристик НСМО (зависимостей длины очереди от времени, числа обслуженных заявок от времени, времени ожидания обслуживания от времени и т.д.), является имитационное моделирование.
Проведенный анализ программных инструментов, предназначенных для имитационного моделирования НСМО, показал они не обладают функционалом, обеспечивающим вычисление макроскопических показателей, которые представляют интерес для разработчиков ИКПС и служб безопасности, что определяет необходимость разработки собственного программного инструмента.
2. Разработана научно-обоснованная имитационная модель турникета контрольно-пропускной системы объектов проведения массовых мероприятий и ее программная реализация в пакете MATLAB, в которой:
2.1. длительность обслуживания одного посетителя представляет собой случайную величину с треугольным законом распределения;
2.2. применяется кусочно-постоянная аппроксимация зависимости интенсивности поступления заявок от времени k( /), выбираемая на основе на основе анализа статистической информации, собранной во время матчей чемпионата России по футболу;
2.3. Описана методика использования полученной имитационной модели.
3. Проведено исследование особенностей функционирования одноканальных НСМО (контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий), результаты которого позволяют сделать обоснованный вывод о том, что состояние НСМО у которой интенсивность поступления заявок на обслуживание на временном интервале [T. T ] монотонно нарастает от нуля до максимального значения kmax, а затем на временном интервале [T2, T ] убывает от kmax до нуля характеризуется следующим набором макроскопических показателей: максимальной длиной очереди - Lmax, максимальной длительностью ожидания в очереди - Т^, моментом времени, в который очередь достигает максимальной длины - tL , моментом времени, в который время ожидания в очереди окажется максимальным - t^w , числом обслуженных к моменту начала события заявок - --, время, затраченное на обслуживание всех заявок - TAn, а также получены выражения, описывающие зависимости данных параметров от энергии шума, присутствующего во входной интенсивности поступления заявок в НСМО. Указанные показатели представляют интерес для проектировщиков, служб безопасности и собственников ИКПС.
4. Исследовано влияние политик выбора обслуживающего устройства на функционирование двухканальной СМО и многоканальной НСМО для выбранного закона изменения интенсивности поступления заявок во времени, результаты которого позволяют сделать обоснованный вывод о том, что:
4.1. исследованные политики выбора ОУ влияют на длину очереди к обслуживающему устройству СМО и НСМО, функционирующему в недогруженном состоянии;
4.2. исследованные политики выбора ОУ не оказывают существенного влияния на значения выбранных макроскопических показателей НСМО, когда система находится в перегруженном состоянии...
которого свидетельствуют о том, что сегодня для управления потоками посетителей используются информационные контрольно-пропускные системы, в состав которых входят турникеты, обеспечивающие проверку билетов и доступ посетителей на объект.
С математической точки зрения отдельный турникет является одноканальной НСМО, совокупность турникетов ИКПС - многоканальной НСМО, описывающиеся известной системой дифференциальных уравнений относительно вероятности поступления заявок на обслуживание в НСМО Р(/), получить решение которой в общем виде для произвольного числа турникетов и интенсивности обслуживания заявок не удается, в связи с чем единственным методом, обеспечивающим вычисление количественных характеристик НСМО (зависимостей длины очереди от времени, числа обслуженных заявок от времени, времени ожидания обслуживания от времени и т.д.), является имитационное моделирование.
Проведенный анализ программных инструментов, предназначенных для имитационного моделирования НСМО, показал они не обладают функционалом, обеспечивающим вычисление макроскопических показателей, которые представляют интерес для разработчиков ИКПС и служб безопасности, что определяет необходимость разработки собственного программного инструмента.
2. Разработана научно-обоснованная имитационная модель турникета контрольно-пропускной системы объектов проведения массовых мероприятий и ее программная реализация в пакете MATLAB, в которой:
2.1. длительность обслуживания одного посетителя представляет собой случайную величину с треугольным законом распределения;
2.2. применяется кусочно-постоянная аппроксимация зависимости интенсивности поступления заявок от времени k( /), выбираемая на основе на основе анализа статистической информации, собранной во время матчей чемпионата России по футболу;
2.3. Описана методика использования полученной имитационной модели.
3. Проведено исследование особенностей функционирования одноканальных НСМО (контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий), результаты которого позволяют сделать обоснованный вывод о том, что состояние НСМО у которой интенсивность поступления заявок на обслуживание на временном интервале [T. T ] монотонно нарастает от нуля до максимального значения kmax, а затем на временном интервале [T2, T ] убывает от kmax до нуля характеризуется следующим набором макроскопических показателей: максимальной длиной очереди - Lmax, максимальной длительностью ожидания в очереди - Т^, моментом времени, в который очередь достигает максимальной длины - tL , моментом времени, в который время ожидания в очереди окажется максимальным - t^w , числом обслуженных к моменту начала события заявок - --, время, затраченное на обслуживание всех заявок - TAn, а также получены выражения, описывающие зависимости данных параметров от энергии шума, присутствующего во входной интенсивности поступления заявок в НСМО. Указанные показатели представляют интерес для проектировщиков, служб безопасности и собственников ИКПС.
4. Исследовано влияние политик выбора обслуживающего устройства на функционирование двухканальной СМО и многоканальной НСМО для выбранного закона изменения интенсивности поступления заявок во времени, результаты которого позволяют сделать обоснованный вывод о том, что:
4.1. исследованные политики выбора ОУ влияют на длину очереди к обслуживающему устройству СМО и НСМО, функционирующему в недогруженном состоянии;
4.2. исследованные политики выбора ОУ не оказывают существенного влияния на значения выбранных макроскопических показателей НСМО, когда система находится в перегруженном состоянии...
Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения для анализа динамики контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий
