Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КООРДИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 9
1.1 Основные понятия и определения 9
1.2 Процессы и модели жизненного цикла информационных систем
управления 11
1.3 Основные методологии проектирования и разработки информационных
систем управления 19
2. АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ 24
2.1 Описание проблематики существующей системы управления движением 24
2.2 Действующие разработки в области координации дорожного движения 31
2.3 Функциональные требования 37
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 39
3.1 Проектирование системы координированного управления дорожным
движением 39
3.1.1 Назначение и цели системы 39
3.1.2 Разработка функциональной модели 40
3.1.3 Входные и выходные информационные массивы 45
3.1.4 Информационно-логическая модель базы данных 49
3.2 Разработка системы координированного управления дорожным
движением 53
3.2.1 Обоснование выбора среды разработки программного обеспечения . 53
3.2.2 Программная реализация 54
3.3 Оценка эффективности внедрения программного обеспечения 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 83
ПРИЛОЖЕНИЕ А
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 9
1.1 Основные понятия и определения 9
1.2 Процессы и модели жизненного цикла информационных систем
управления 11
1.3 Основные методологии проектирования и разработки информационных
систем управления 19
2. АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ 24
2.1 Описание проблематики существующей системы управления движением 24
2.2 Действующие разработки в области координации дорожного движения 31
2.3 Функциональные требования 37
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 39
3.1 Проектирование системы координированного управления дорожным
движением 39
3.1.1 Назначение и цели системы 39
3.1.2 Разработка функциональной модели 40
3.1.3 Входные и выходные информационные массивы 45
3.1.4 Информационно-логическая модель базы данных 49
3.2 Разработка системы координированного управления дорожным
движением 53
3.2.1 Обоснование выбора среды разработки программного обеспечения . 53
3.2.2 Программная реализация 54
3.3 Оценка эффективности внедрения программного обеспечения 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 83
ПРИЛОЖЕНИЕ А
В век информационных технологий важность оптимизации привычных для нас процессов вышла на новый уровень. Крупные промышленные комплексы роботизируют свои конвейеры, повышая скорость и точность производства, небольшие же предприятия используют программируемые станки. Для точных вычислений и проведения финансовых операций повсеместно используются компьютеры.
Важность перехода от традиционных способов ведения хозяйства к информационным переоценить также трудно, как представить современный быт, не окруженный бесчисленным множеством высокотехнологичных устройств. Темпы же развития информационных технологий диктуют свои правила и постепенно изменяют приоритеты производства. Оптимизация выходит на первый план. Вместе с тем увеличиваются общие объемы производства товаров и услуг, растёт общий уровень жизни и, как следствие, покупательские возможности населения. В частности, это касается и сферы автомобильного производства.
Спустя годы автомобиль больше не является роскошью, становясь обыденным предметом в жизни большей части населения. Так, по данным «Автостата», с 2002 по 2014 год, в целом по России, автомобилизация выросла с 147,7 до 317 автомобилей на 1000 человек [10]. Однако пропорциональное увеличение ширины дорог не представляется возможным в и без того плотно застроенных городах. Основным способом контролирования и распределения нагрузки на дорогах является хорошо рассчитанная координация автомобильных потоков. Недостаточное распределение нагрузок на дорогах ярко выражается, в возникновении заторов. Игнорирование данной проблемы в скором времени приводит к тому, что человеку становится проще добраться до места назначения пешком или на общественном транспорте, не движущимся по дорогам общего пользования, нежели на автомобиле. Кроме внушительной потери времени, нахождение в автомобильном заторе для водителя влечёт и другие негативные последствия, такие как излишний расход топлива и повышенный износ деталей трансмиссии и ходовой части автомобиля.
Для того, чтобы не допустить таких ситуаций городские службы принимают множество различных мер, в их числе увеличение времени работы разрешающего сигнала светофора для нагруженного участка, введение режимов «Час пик», создание новых объездных дорог и т.д. Безусловно, каждая из этих мер положительно влияет на определенные аспекты организации дорожного движения, однако эту проблему можно значительно упростить, а в некоторых случаях и полностью решить, пойдя по пути оптимизации функционирующих на данный момент систем управления дорожным движением с использованием мобильных сотовых устройств [30].
Актуальность данной темы обусловлена высокими транспортными нагрузками, растущими с каждым годом, а также благоприятной обстановкой для использования мобильных устройств.
Объектом исследования выпускной квалификационной работы является действующая на данный момент система автоматизированного управления дорожным движением (АСУДД) в Российской Федерации.
Предметом исследования выступают концепции, технологии проектирования и разработки системы координированного управления дорожным движением как коммерческого продукта для решения задач повышения эффективности, существующей АСУДД.
Цель данной работы - анализ действующей АСУДД для последующего выявления сильных и слабых её сторон, рассмотрение способов повышения эффективности системы в целом.
Теоретической основой исследования послужили методические рекомендации по проектированию светофорных объектов на автомобильных дорогах сформированные федеральным дорожным агентством «РосАвтоДор», а также зарубежные программные разработки в данной области.
На пути к достижению поставленной цели представляется целесообразным решить следующие задачи:
1. Изучить действующие на данный момент автоматизированные системы управления дорожным движением различных городов России.
2. Выявить проблемы, с которыми сталкивались организации, отвечающие за дорожное движение в данных городах, по мере увеличения транспортной нагрузки, а также принятые мероприятия по решению данных проблем.
3. Определить общий вектор развития АСУДД относительно внедрения технологических новшеств.
4. Провести сравнительный анализ сложности решения рассмотренных проблем по отношению к конечной эффективности данных решений.
5. Досконально изучить проблему, решение которой, обладает наилучшим соотношением эффективность/стоимость.
6. Разработать программный продукт решающий рассмотренную проблему.
7. Рассчитать конечную стоимость данного программного продукта, дать оценку эффективности внедрения.
Структура дипломной работы обусловлена предметом, целью и задачами исследования. Работа состоит из введения, трёх глав и заключения.
Введение раскрывает актуальность рассматриваемой темы, цель исследования и объясняет теоретическую и практическую значимость работы.
В первой главе рассмотрены общие понятия и термины, используемые на протяжении всей работы. Во второй главе наиболее полно рассматриваются проблемы, существующие в действующих АСУДД. Также анализируются известные разработки в области решения данных проблем. Приводятся функциональные требования, которым должна отвечать собственная разработка. В третьей главе определяются рамки в которых происходит разработка, её основные задачи и функции. Рассматривается структура программного решения, и порядок его работы. Также оценивается эффективность внедрения данного программного продукта.
В заключении подводятся общие итоги проведенного исследования, формируются окончательные выводы и определяются возможные пути дальнейшего развития программного продукта.
Важность перехода от традиционных способов ведения хозяйства к информационным переоценить также трудно, как представить современный быт, не окруженный бесчисленным множеством высокотехнологичных устройств. Темпы же развития информационных технологий диктуют свои правила и постепенно изменяют приоритеты производства. Оптимизация выходит на первый план. Вместе с тем увеличиваются общие объемы производства товаров и услуг, растёт общий уровень жизни и, как следствие, покупательские возможности населения. В частности, это касается и сферы автомобильного производства.
Спустя годы автомобиль больше не является роскошью, становясь обыденным предметом в жизни большей части населения. Так, по данным «Автостата», с 2002 по 2014 год, в целом по России, автомобилизация выросла с 147,7 до 317 автомобилей на 1000 человек [10]. Однако пропорциональное увеличение ширины дорог не представляется возможным в и без того плотно застроенных городах. Основным способом контролирования и распределения нагрузки на дорогах является хорошо рассчитанная координация автомобильных потоков. Недостаточное распределение нагрузок на дорогах ярко выражается, в возникновении заторов. Игнорирование данной проблемы в скором времени приводит к тому, что человеку становится проще добраться до места назначения пешком или на общественном транспорте, не движущимся по дорогам общего пользования, нежели на автомобиле. Кроме внушительной потери времени, нахождение в автомобильном заторе для водителя влечёт и другие негативные последствия, такие как излишний расход топлива и повышенный износ деталей трансмиссии и ходовой части автомобиля.
Для того, чтобы не допустить таких ситуаций городские службы принимают множество различных мер, в их числе увеличение времени работы разрешающего сигнала светофора для нагруженного участка, введение режимов «Час пик», создание новых объездных дорог и т.д. Безусловно, каждая из этих мер положительно влияет на определенные аспекты организации дорожного движения, однако эту проблему можно значительно упростить, а в некоторых случаях и полностью решить, пойдя по пути оптимизации функционирующих на данный момент систем управления дорожным движением с использованием мобильных сотовых устройств [30].
Актуальность данной темы обусловлена высокими транспортными нагрузками, растущими с каждым годом, а также благоприятной обстановкой для использования мобильных устройств.
Объектом исследования выпускной квалификационной работы является действующая на данный момент система автоматизированного управления дорожным движением (АСУДД) в Российской Федерации.
Предметом исследования выступают концепции, технологии проектирования и разработки системы координированного управления дорожным движением как коммерческого продукта для решения задач повышения эффективности, существующей АСУДД.
Цель данной работы - анализ действующей АСУДД для последующего выявления сильных и слабых её сторон, рассмотрение способов повышения эффективности системы в целом.
Теоретической основой исследования послужили методические рекомендации по проектированию светофорных объектов на автомобильных дорогах сформированные федеральным дорожным агентством «РосАвтоДор», а также зарубежные программные разработки в данной области.
На пути к достижению поставленной цели представляется целесообразным решить следующие задачи:
1. Изучить действующие на данный момент автоматизированные системы управления дорожным движением различных городов России.
2. Выявить проблемы, с которыми сталкивались организации, отвечающие за дорожное движение в данных городах, по мере увеличения транспортной нагрузки, а также принятые мероприятия по решению данных проблем.
3. Определить общий вектор развития АСУДД относительно внедрения технологических новшеств.
4. Провести сравнительный анализ сложности решения рассмотренных проблем по отношению к конечной эффективности данных решений.
5. Досконально изучить проблему, решение которой, обладает наилучшим соотношением эффективность/стоимость.
6. Разработать программный продукт решающий рассмотренную проблему.
7. Рассчитать конечную стоимость данного программного продукта, дать оценку эффективности внедрения.
Структура дипломной работы обусловлена предметом, целью и задачами исследования. Работа состоит из введения, трёх глав и заключения.
Введение раскрывает актуальность рассматриваемой темы, цель исследования и объясняет теоретическую и практическую значимость работы.
В первой главе рассмотрены общие понятия и термины, используемые на протяжении всей работы. Во второй главе наиболее полно рассматриваются проблемы, существующие в действующих АСУДД. Также анализируются известные разработки в области решения данных проблем. Приводятся функциональные требования, которым должна отвечать собственная разработка. В третьей главе определяются рамки в которых происходит разработка, её основные задачи и функции. Рассматривается структура программного решения, и порядок его работы. Также оценивается эффективность внедрения данного программного продукта.
В заключении подводятся общие итоги проведенного исследования, формируются окончательные выводы и определяются возможные пути дальнейшего развития программного продукта.
В заключении стоит отметить, что, исходя из поставленных целей, были подробно изучены автоматизированные системы управления дорожным движением (АСУДД) различных городов России, рассмотрены их достоинства и недостатки, предложены методы исключения их слабых сторон и повышения общей эффективности. Рассмотрены варианты развития действующих АСУДД в современных реалиях. Поэтапно рассмотрена система, позволяющая производить обмен информацией между водителями автомобильного транспорта и сетью светофорных объектов, способная совместно с водителями корректировать критические нагрузки в местах пересечения автомобильных дорог, а также уменьшать расход топлива автомобилей и временные затраты на передвижение в черте города.
Стоит определить вектор дальнейшего развития данного программного решения. Для реализации и настройки приложения использовалась сеть автомобильных дорог города Набережные Челны, в котором на момент создания решения функционировало 54 свечофорных объекта. Контроллеры практически всех свечофорных объектов были одной модели и имели возможность соединения в единую сеть по средствам широкого выбора различных интерфейсов, однако централизованное управление не было реализовано. В то же время, во множестве крупных городов уже давно действует не только централизованное управление контроллерами, но и функционируют такие системы как «умный светофор», позволяющие контроллеру отслеживать нагрузки на пересекающихся дорогах и подстраиваться под них для повышения эффективности своей работы. Благодаря опыту других городов в сфере координации дорожного движения, можно довольно точно определить путь развития, по которому двигаются все населенные пункты России. В частности, город Набережные Челны находится как раз перед стадией объединения светофорных объектов, а это значит, что в скором времени программное решение для этого города сможет точно работать без использования коэффициентов коррекции сдвига таймеров реального времени контроллеров. Что же касается дальнейших нововведений, то любые внедренные в будущем системы будут контролироваться из одного пункта управления, а значит будет возможность передавать любые данные от светофоров через сервер сразу в мобильные устройства водителей, минуя участие разработчика. Это в свою очередь значит, что водители смогут получать всю актуальную информацию от светофоров настолько быстро, насколько это вообще возможно.
Если же рассматривать внесение в базу данных приложения других городов, то для функционирования приложения достаточно ввести координаты всех дорог и светофоров, и добавить режимы работы всех светофорных объектов. При реализованном централизованном управлении, дальнейшая настройка приложения для данного города не потребуется. Благодаря этому приложение достаточно универсально и может быть в короткие сроки настроено для всех городов России. Обновления приложения, включающие дополнительные функции или правки неточностей в используемых базах данных, предполагается производить через магазин приложений используемой мобильной платформы, не требуя при этом никакого внимания со стороны пользователя.
Таким образом данный программный продукт не только эффективен в существующей реализации, но и имеет широкие возможности для последующего улучшения и внедрения в любом количестве городов не только Российской федерации, но и за её пределами.
Стоит определить вектор дальнейшего развития данного программного решения. Для реализации и настройки приложения использовалась сеть автомобильных дорог города Набережные Челны, в котором на момент создания решения функционировало 54 свечофорных объекта. Контроллеры практически всех свечофорных объектов были одной модели и имели возможность соединения в единую сеть по средствам широкого выбора различных интерфейсов, однако централизованное управление не было реализовано. В то же время, во множестве крупных городов уже давно действует не только централизованное управление контроллерами, но и функционируют такие системы как «умный светофор», позволяющие контроллеру отслеживать нагрузки на пересекающихся дорогах и подстраиваться под них для повышения эффективности своей работы. Благодаря опыту других городов в сфере координации дорожного движения, можно довольно точно определить путь развития, по которому двигаются все населенные пункты России. В частности, город Набережные Челны находится как раз перед стадией объединения светофорных объектов, а это значит, что в скором времени программное решение для этого города сможет точно работать без использования коэффициентов коррекции сдвига таймеров реального времени контроллеров. Что же касается дальнейших нововведений, то любые внедренные в будущем системы будут контролироваться из одного пункта управления, а значит будет возможность передавать любые данные от светофоров через сервер сразу в мобильные устройства водителей, минуя участие разработчика. Это в свою очередь значит, что водители смогут получать всю актуальную информацию от светофоров настолько быстро, насколько это вообще возможно.
Если же рассматривать внесение в базу данных приложения других городов, то для функционирования приложения достаточно ввести координаты всех дорог и светофоров, и добавить режимы работы всех светофорных объектов. При реализованном централизованном управлении, дальнейшая настройка приложения для данного города не потребуется. Благодаря этому приложение достаточно универсально и может быть в короткие сроки настроено для всех городов России. Обновления приложения, включающие дополнительные функции или правки неточностей в используемых базах данных, предполагается производить через магазин приложений используемой мобильной платформы, не требуя при этом никакого внимания со стороны пользователя.
Таким образом данный программный продукт не только эффективен в существующей реализации, но и имеет широкие возможности для последующего улучшения и внедрения в любом количестве городов не только Российской федерации, но и за её пределами.