КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Дерех Зіновій Дмитрович

УДК 528.4+528.74:625

РОЗРОБКА МЕТОДИЧНИХ ОСНОВ ГЕОІНФОРМАЦІЙНОГО

КАРТОГРАФУВАННЯ ТА АНАЛІЗУ

ДОРОЖНЬО-ТРАНСПОРТНИХ ПОДІЙ

05.24.01 Геодезія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, професор Старовєров Володимир Сергійович, Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри інженерної геодезії.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Білятинський Олександр Антонович, Національний транспортний університет, завідувач кафедри “Проектування доріг”;

кандидат технічних наук, доцент Барановський Валентин Дмитрович, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, доцент кафедри геодезії і картографії.

Провідна установа:

Національний університет “Львівська Політехніка” Міністерства освіти і науки України, кафедра теорії математичної обробки геодезичних вимірів, м. Львів.

Захист відбудеться “14” червня 2001 р. о 10 годині на засіданні

cпеціалізованої вченої ради Д.26.056.09 Київського національного універ-ситету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітро-флотський проспект, буд. 31, (ауд. 466).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий “14” травня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент О.П. Ісаєв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дорожньо-транспортні системи сучасних міст належать до складних просторових систем, які постійно змінюються та інтенсивно розвиваються як структурно, так і за технічним оснащенням засобів організації дорожнього руху. Однією з головних серед проблем ефективної організації дорожнього руху є задача виявлення аварійно-небезпечних ділянок та місць концентрації дорожньо-транспортних подій (ДТП) на вулично-дорожній мережі з метою зниження аварійності на транспорті.

Ця задача характеризується великими обсягами інформації, просторовою локалізацією об`єктів і подій в дорожньому русі, динамічністю зміни ситуації та складноформалізованістю правил прийняття рішень. Такі особливості проблеми організації дорожнього руху обумовлюють постійну актуальність вдосконалення засобів аналізу та прийняття рішень на основі широкого застосування комп`ютерних технологій на всіх етапах управління організацією дорожнього руху.

Незважаючи на значне розширення сфери застосування геоінформаційних систем (ГІС) і експертних систем та швидкий розвиток інструментальних засобів ГІС, їх застосування в системах керування організацією дорожнього руху в цілому та в процесах реєстрації і аналізу ДТП зокрема знаходиться ще в пілот-проектних стадіях. Це зумовлено як складністю самого об`єкту застосування, так і відсутністю розроблених і практично відпрацьованих ефективних сучасних методів і технологій інвентаризації об`єктів організації дорожнього руху, створення та підтримки відповідних геоінформаційних ресурсів, необхідних для розробки і використання експертних геоінформаційних систем реєстрації ДТП та прийняття рішення по вдосконаленню організації дорожнього руху. Необхідність вирішення цих проблем і зумовлює актуальність роботи.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Проведені дослідження безпосередньо пов`язані з такими державними і відомчими програмами:

1. Закон України “Про Національну програму інформатизації” від 4.02.98 № 76/98 - ВР, відомча програма МВС України “Створення першої черги інтегрованої інформаційно-аналітичної системи правоохоронних органів на період 2000-2005 років”;

2. Комплексна Програма забезпечення безпеки дорожнього руху та екологічної безпеки транспортних засобів на період до 2001 р. (Постанова Кабінету Міністрів України № 456 від 6 квітня 1998 р.);

3. Організаційні та практичні заходи по розвитку та впровадженню новітніх технологій і технічних засобів в галузі забезпечення безпеки дорожнього руху в Україні “ЛАД – ІІІ” на період 2000-2005 рр., схвалені Колегією МВС України;

Мета і задачі дослідження.

Метою даної роботи є розробка методичних основ і практичних технологій топографо-геодезичного та картографічного забезпечення автоматизованої системи реєстрації, картографування та аналізу ДТП на основі застосування сучасних геоінформаційних технологій та експертних систем.У відповідності до поставленої мети визначені такі задачі дослідження:

системний аналіз процесу реєстрації дорожньо-транспортних подій та його взаємодії з інтегрованою системою прийняття рішень по організації дорожнього руху;

розробка моделей геопросторових даних для комп’ютерних технологій реєстрації та аналізу ДТП;

вибір топографічної основи для картографування ДТП;

дослідження ефективності методів та технологій проведення топографо-гео-дезичних та картографічних робіт під час реєстрації ДТП та інвентаризації об`єктів дорожньо-транспортної мережі;

розробка експертної геоінформаційної системи реєстрації та аналізу ДТП і просторово-часового моделювання місць концентрації ДТП.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Розроблено формальні моделі об`єктів та процесів геоінформаційного картографування ДТП і просторово-часового моделювання їх місць концентрації;

2. Розроблена нова знакова система для картографування місць скоєння ДТП на основі експертної оцінки прагматики умовних позначень;

3. Обгрунтовано методику вибору масштабів та точності картографування ДТП за критерієм достатності/надлишковості інформації.

Практичне значення одержаних результатів

1. Розроблено та реалізовано в м. Києві геоінформаційну технологію, яка дозволяє:

- проводити картографування ДТП з використанням мобільних систем на основі фотограмметричних методів та GPS – вимірювань;

- здійснювати просторово-часовий аналіз місць концентрації ДТП з встановленням об`єктивних причинно-наслідкових факторів скоєння ДТП;

- оперативно приймати управлінські рішення по вдосконаленню організації дорожнього руху.

2. Розроблені та реалізовані в ГІС алгоритми диспетчеризації потокових процесів мережі системи картографічних та тематичних даних “ДТП” як системи масового обслуговування на основі балансування завантаження мережі для забезпечення заданої оперативності отримання та передачі інформації на всіх ієрархічних рівнях системи.

3. Результати роботи використані при розробці ДСТУ 2586-94 “Знаки дорожні. Загальні технічні умови. Правила застосування”, ДСТУ 2587-94 “Розмітка дорожня. Технічні вимоги. Методи контролю. Правила застосування” та ДСТУ 3587-97 “Безпека дорожнього руху. Автомобільні дороги, вулиці та залізничні переїзди. Вимоги до експлуатаційного стану”.

Особистий внесок здобувача.

У дисертації використані авторські розробки та ідеї, що знайшли відображення в наукових працях, публікаціях та програмних комплексах, у розробці та практичному впровадженні яких автор приймав безпосередню участь. На підсистему “Дорожньо-транспортна пригода” створеної ГІС одержано свідоцтво про державну реєстрацію прав автора на твір.

Апробація результатів роботи

Основні положення і результати роботи доповідались та пройшли апробацію на міжнародних, республіканських та реґіональних науково-технічних конференціях і семінарах, в тому числі: “Автоматизированные способы фиксации обстановки на месте происшествия” (міжнародна виставка-семінар БІЗНЕС ТА БЕЗПЕКА, Київ, 1996), “Державна автомобільна інспекція України та автоматизована інформаційна система “Національний інтегрований банк даних Автомобіль” (ІІ міжнародний семінар провідних фахівців по проблемі розслідувань, Токіо-Нагано, 2000), “Картографічне забезпечення геоінформаційної системи реєстрації та аналізу дорожньо-транспортних подій (міжнародна виставка-семінар БІЗНЕС ТА БЕЗПЕКА, Київ, 2000), щорічних науково-практичних конференціях Київського національного університету будівництва і архітектури та Національного транспортного університету (м. Київ, 1999, 2000 рр.), а також в процесі висунення роботи “Інтегрований національний банк даних про транспортні засоби та його використання у протидії транспортним злочинам, підсистемою якого є АІС “ДТП”, та присудження Державної премії України в галузі науки і техніки (Указ Президента України № 1240/2000 від 16.11.2000 р. ).

Публікації.

Результати дисертації опубліковані в 16 - ти роботах, у тому числі в одній монографії, 12 - ти статтях, 3-х ДСТУ, одному свідоцтві про держа-вну реєстрацію прав автора на твір.

Структура та обсяг дисертації.

Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатку. Повний обсяг дисертації становить 167 сторінок. Вона вмі-щує: 58 ілюстрацій, які займають 21 сторінку; 11 таблиць, які за-ймають 7 сторінок; додаток, який займає 4 сторінки; список вико-ристаних джерел (193 найменувань), який займає 16 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі проведено системний аналіз процесів реєстрації та аналізу дорожньо-транспортних подій, стан їх топографо-геодезичного, картографічного та геоінформаційного забезпечення, а також визначені шляхи удосконалення, підвищення достовірності, оперативності і ефективності реєстрації та аналізу ДТП на основі застосування сучасних ГІС-технологій та експертних систем.

Окремі питання, пов`язані з цією проблемою, знайшли своє відображення в роботах Афанасьєва М.Б., Білятинського О.А., Боровського Б.Є., Дорожинського О.Л., Карпінського Ю.О., Лященка А.А., Могильного С.Г., Молочко А.М., Цветкова В.Я., Поліщука В,П., Сердюкова В.М., Світличного О.О. та інших. У даних роботах розкриті основні напрямки розробок по реєстрації та аналізу дорожньо-транспортних подій для застосування в цих процесах сучасних цифрових методів обробки інформації.

Разом з тим, сучасний стан та рівень автоматизації процесів картографування і аналізу ДТП характеризується такими основними недоліками:

- відсутність комплексного підходу до процесів збору, обробки та використання інформації про ДТП, вулично-дорожню мережу тощо;

- недосконалість та неврегульованість нормативно-правової бази інформаційних баз даних.

Проведений аналіз процесів реєстрації та вивчення ДТП показує, що удосконалення всієї системи керування дорожнім рухом повинно базуватися на інтеграції інформаційних потоків про об’єкти та події транспортної, вулично-дорожньої і містобудівної інфраструктур. Враховуючи просторову локалізацію більшості об’єктів і подій дорожньо-транспортної системи, оптимальним та основним засобом інтеграції баз даних на сучасному етапі розвитку інформаційних технологій повинні стати геоінформаційні технології.

Розглядаючи ДТП як інформаційний об’єкт і подію, що підлягає реєстрації та аналізу, встановлено її причинно-наслідкові аспекти і властивості, зв’язки ДТП з проце-сами їх реєстрації та аналізу в системі транспортної інфраструктури та організації дорожнього руху.

Для своєчасного реагування на стан організації дорожнього руху та прийняття ефективних і науково обґрунтованих заходів по її зміні пропонується створення та впровадження в системі Державтоінспекції МВС України спеціалізованої геоінформаційної системи картографування і аналізу ДТП.

Ефективне впровадження методів геоінформаційного картографування в процеси реєстрації та аналізу ДТП можливе за умови формування відповідної інфраструктури геопросторових даних дорожньої сфери як складової геоінформаційної системи Дорожньо-транспортна подія.

У другому розділі розглянуто інформаційні технології топографо-гео-дезичних робіт під час реєстрації ДТП та інвентаризації доріг.

Аналізуючи структуру геоінформаційного забезпечення реєстрації ДТП можна виділити дві основні складові: загальноміські інформаційні ресурси та спеціальні ресурси дорожньо-транспортної системи населеного пункту. Картографічне моделювання, яке включає комплексні заходи по генералізації і візуалізації, повинно забезпечити переведення геопростору в простір карти. Застосування відеозйомки та цифрового картографування, мультимедійних засобів, електронних носіїв реалізоване в картографічних інформаційних системах, що підтримують картографічну підготовку і оформлення даних, об`єднують інформаційні площини картографічного простору, а також збагачують цей простір первинними геоданими незалежно від масштабу. В геопросторових даних, які орієнтовані на використання в ГІС слід відзначити особливість відображення: частина з них відображається на карті, а інша – в базі даних. В ГІС простір карти є складовою інтерактивної інформаційної системи, що відкриває нові можливості перетворення знань шляхом взаємодії анімації і мультимедії для доступу до первинних файлів геоданих або інших файлів картографічних даних чи умовних топографічних знаків в залежності від масштабу електронної карти у вікні візуалізації.

Для вибору масштабу картографічного матеріалу домінуючим в роботі прийнято не топографо-геодезичний підхід, а інформаційний – при якому повнота та детальність зображення об`єктів місцевості пов`язуються з кількістю контурів та предметів місцевості на 100 м вулично-дорожньої мережі. В результаті статистичних досліджень 470 фактичних матеріалів ДТП виявлено найменший об`єкт, що підлягає відображенню на картографічному матеріалі, і на підставі функції (1) модифіковано критерій вибору оптимального масштабу картографічного матеріалу за умовами достатності повноти відображення та надлишковості предметів місцевості і розраховано масштаб картографування ДТП, який становить М 1:1000.

, (1)

де R0 – характеристика інформативності картографічного матеріалу на 100 м вулично-дорожньої мережі.

Неправильне фіксування транспортно-експлуатаційних характеристик ділянки дроги, на якій трапилася подія, геометричних елементів дорожнього полотна, наявність дорожніх знаків і зон їх дії призводить до того, що матеріали, які направляються на судову автотехнічну експертизу, повертаються недослідженими, тому що вихідні дані виконані неточно або втрачені до початку картографування.

Існуючі фотограмметричні методи забезпечують:

- безпеку проведення робіт в умовах інтенсивного дорожнього руху;

- мінімальну втрату слідів, що мають відношення до події;

- високу точність вимірювань.

Важливим аспектом при виконанні фотограмметричних зйомок є вибір масштабу укладання планів, тому в роботі виконано розрахунок масштабу складання планів місця ДТП.

Разом з тим, стереофотограмметричні методи мають і суттєві недоліки, головним з яких є наявність “мертвих” зон, що їх створюють транспортні засоби.

Своєчасне виявлення передумов ДТП та усунення факторів, що при-зводять до їх скоєння і формування місць їх концентрації, можливе за на-явності повної детальної топографо-геодезичної інформації, для чого слід створити національний банк даних “Дорога”, основними задачами якого будуть збір, обробка і представлення топографо-геодезичної інформації про вулиці (дороги), їх технічний стан і прилегле середовище. Враховуючи значні обсяги топографо-геодезичних та картографічних робіт, вирішення поставлених задач можливе при застосуванні автоматизованих систем, які ґрунтуються на сумісному використанні GPS та цифрових фотограмметричних методів.

Будь-яку ділянку автодороги або місце скоєння ДТП можна предста-вити у вигляді системи A, що моделюється. За результатами польових робіт на мобільному комплексі по картографуванню Fp ділянки автодороги A збирається комплект P результатів геодезичних вимірювань та збору фотозображень. За результатами процесу камеральної геодезичної та стереофотограмметричної обробки Fk виготовляється картографічний матеріал K : карти, плани, фотосхеми, фотозображення та каталоги, які в подальшому завантажуються в геоінформаційну систему I. Таким чином, процес мобільного картографування ділянок автодоріг можна представити у вигляді орієнтованого графу , де , функції задають відношення ві-дображення над множинами ,.

Внутрішній зміст польових робіт по мобільному картографуванню представлено з таких операцій:

(2)

де Fgps - GPS – вимірювання по прив’язці опорних точок та центрів фотограмметричного знімання ділянок автодоріг;

Fins- функція збору даних про лінійне знімання автодоріг;

Fccd- функція фотограмметричного знімання ділянок автодоріг та місць скоєння ДТП.

Ідея методу полягає в одночасному використанні фотограмметричного методу з геодезичною прив`язкою фотограмметричної моделі з вико-ристанням GPS, інерційної навігаційної системи та лічильника відстані. Картографічне знімання та інвентаризація автодоріг відбуваються під час руху автомобіля, на якому встановлено технічний комплекс.

Аналіз існуючої системи позначення ДТП на картографічних матеріалах свідчить про відсутність картографічного підходу до розробки умовних знаків. В роботі розроблена нова система умовних знаків для картографування ДТП (табл. 1). Проведена оцінка виразності умовних знаків шляхом їх тестування за участю значної кількості експертів, які підтвердили високі семантико-прагматичні властивості знаків, що дало підставу для впровадження запропонованої системи у використанні при картографуванні ДТП.

Перевірку гіпотези проведено за критерієм:

, (3)

де р - доля експертів, які показали результати, відмінні від легенди;

р - доля експертів, які при аналізі легенди могли допустити похибку випадкового характеру;

m - число експертів.

На підставі експериментальних досліджень встановлено, що z=1,25, а отже якщо z1,645, то розходження вважаються несуттєвими і випадкового характеру, що означає доцільність застосування запропонованих умовних знаків картографування ДТП.

У третьому розділі роботи викладено структуру геоінформаційної системи реєстрації та аналізу ДТП. Виходячи з аналізу вхідних/вихідних інформаційних потоків в процесах реєстрації ДТП, моделювання ділянок та місць концентрації ДТП визначено функціональний зміст системи S РАД :

, (4)

де Х ВДМ — множина первинних даних інвентаризації вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації дорожнього руху, виміряних та зібраних з застосуванням різноманітних технологій;

Х ДТП — множина первинних даних реєстрації ДТП на місці його скоєння, які фіксуються в картці ДТП та на схемі ДТП, що складається з застосуванням традиційних або фотограмметричних технологій;

ТВ дмк — технічні вимоги щодо реєстрації ділянок та місць концентрації ДТП на основі просторово - часового аналізу місць та характеру скоєння ДТП;

НТД РКЗ — вимоги та правила нормативно-технічних документів по розробці та контролю виконання заходів щодо змін вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації дорожнього руху в місцях зареєстрованих ділянок і місць концентрації ДТП;

Х ДМК — множина первинних даних, одержаних за результатами обстеження зареєстрованих ділянок і місць концентрації ДТП;

ТВ док — технічні вимоги щодо структури, складу та форми подання документів, які повинна видавати система про ділянки і місця концентрації ДТП ;

Y вдм — перетворені в уніфіковані формати геопросторові дані про існуючий стан вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації дорожнього руху, які призначені для збереження в базі даних у вигляді цифрової моделі вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації дорожнього руху;

Y ДТП — перетворені в уніфіковані формати геопросторові дані реєстрації ДТП, які накопичуються в базі даних у вигляді цифрової моделі місць скоєння ДТП;

Y ДМК — множина результатів просторово-часового аналізу місць скоєння і характеру ДТП з визначеними місцями концентрації ДТП, які накопичуються в базі даних у вигляді цифрової моделі ділянок і місць концентрації ДТП;

Y РКЗ — множина розроблених заходів щодо зміни вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації дорожнього руху в місцях концентрації ДТП та результатів контролю виконання цих заходів;

Y ДОК — цифрове подання документів, що формуються системою у вигляді спеціальних карт зареєстрованих місць концентрації ДТП, звітів про поточний стан вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації доро-

жнього руху, проект заходів щодо зміни вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації дорожнього руху в місцях концентрації ДТП тощо.

Інформаційна взаємодія та перетворення даних в системі SРАД (4) забезпечує автоматизацію процесів прийняття управлінських рішень щодо покращання умов та організації дорожнього руху на основі аналізу ділянок і місць концентрації ДТП за узагальненою схемою, де:

S ВДМ — підсистема інвентаризації вулично-дорожньої мережі та технічних засобів регулювання дорожнього руху;

S ДТП — підсистема реєстрації ДТП;

S ДМК — підсистема просторово - часового моделювання для визначення ділянок та місць концентрації ДТП;

S РКЗ — підсистема розробки та контролю виконання заходів щодо змін вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації дорожнього руху;

S ДОК — підсистема формування і видачі документації та інформаційного обміну з іншими системами. Висхідні інформаційні потоки W РКЗ та W ДМК відповідно від підсистеми S РКЗ та S ДМК.

W РКЗ — призначений для фіксації фактів щодо реєстрації ДТП як таких, що стали причиною для визначення нового місця концентрації ДТП, підвищення рівня раніше зареєстрованої ділянки чи місця концентрації ДТП;

W ДМК — фіксує факти розробки та виконання заходів щодо зміни вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації дорожнього руху для поліпшення умов дорожнього руху в місцях концентрації ДТП та зняття їх з обліку;

W НТ1 , W НТ2 — нормативні вимоги до даних при моделюванні вулично-дорожньої мережі та технічних засобів організації дорожнього руху, їх змін з метою поліпшення умов дорожнього руху на ділянках та в місцях концентрації ДТП, одночасно вони є аналогами відповідних висхідних інформаційних потоків.

Для базових процесів картографування ДТП та просторово-часового моделювання місць концентрації ДТП в роботі розроблені формальні моделі геокодування.

Функції моделювання і реєстрації ділянок та місць концентрації ДТП (FR_DMK) реалізують алгоритми просторово-часового аналізу місць концентрації ДТП в ГІС для двох основних режимів: — визначення місць концентрації ДТП для множини ДТП за проміжок часу t1 — t2 та автовизначення місць концентрації ДТП при реєстрації місця скоєння поточного ДТП.

З застосуванням реляційної алгебри в роботі розроблені формальні моделі для геопросторових даних для основних сутностей сегментно-вузлової моделі вулично-дорожньої мережі, в тому числі між сутностями реєстру дорожніх знаків, реєстру ДТП і реєстру ділянок та місць концентрації ДТП.

У роботі визначені склад та структура бази знань системи геоінформаційного картографування ДТП та просторово-часового моделювання, яка включає: базу стратегії збору первинних документів, базу стратегії моделювання, базові розрахункові функції, базу похідних показників та результатів моделювання, процедурні знання статистичних методів, методів моделювання та формування звітів, тематичного картографування і документування.

Саме об’єднання ГІС-технології та технології знань забезпечує практичну реалізацію експертних систем керування організацією дорожнього руху як інструменту для ефективного використання інформаційних ресурсів, що створюються при реєстрації ДТП, при інвентаризації технічних засобів організації дорожнього руху та вулично-дорожньої мережі. Завдяки експертним геоінформаційним системам названі інформаційні ресурси перетворюються із звітно-статистичних в інструмент для прийняття управлінських рішень по покращенню організації дорожнього руху.

Враховуючи розподілену архітектуру системи збору та обробки геопросторових даних в ГІС ДТП, в роботі проведено моделювання серверу системи з використанням напівемпіричного та аналітичного методів.

Для монопольного режиму роботи серверу ГІС ДТП напівемпіричним методом, припускаючи Пуассонівський характер розподілення часів генерації запитів та їх обслуговування в оперативній пам`яті і передачі по шині (системі передачі даних, сигналів, команд тощо в процесорі серверу), побудовано модель у вигляді замкнутої мережі масового обслугову-вання, яка складається з IS-станції і одноканального пристрою з інтенсивністю у вигляді:

(5 )

де м(l) – інтенсивність обслуговування запитів, 1/сек;

l – кількість процесів, які обслуговуються ядром;

Тmb – середній час обслуговування запиту в оперативній пам`яті та передачі по шині, сек;

Тp – середній час роботи процесора в розрахунку на одну операцію доступу до оперативної пам`яті, сек;

де Np – кількість процесорів у сервері;

ТС – середній час роботи ядра між сусідніми операціями вводу-виводу, сек;

G(N) – функція розбивки:

(6)

Для розподіленого режиму роботи серверу системи (передача даних по шинах закріплюється за процесором тільки на момент передачі запиту і відповіді, що дозволяє декільком процесорам використовувати шину про-тягом одного циклу пам’яті, забезпечуючи тим самим паралельну роботу кількох модулів оперативної пам`яті по запитам різних процесорів) математичну модель отримано вищеописаним методом з застосуванням функції розбивки у вигляді:

(7)

де

Тb – середній час передачі інформації по шині, сек;

М – кількість модулів в оперативній пам`яті.

Для порівняння одержаних результатів в роботі застосовано і аналітичний метод для обчислення повного часу перебування запиту k-го пріоритету в системі обробки Fk , сек:

; (8)

де Rk – повний час знаходження на обробці програми k-го пріоритету, сек.

Wk – час очікування програми k-го пріоритету в черзі, сек.

(9)

де Е – математичне очікування;

Dk – інтервал часу, який починається обробкою програм пріоритетного класу більш високого, ніж k-й, сек;

л0 – інтенсивність потоку вводу-виводу, 1/сек;

Тk – чистий час обробки програми k-го пріоритету, сек;

де лi – інтенсивність потоку i-го класу, 1/сек.

(10)

де Сk – інтервал часу з моменту надходження програм k-го пріоритету на обробку до її переривання, сек;

с – імовірність влучення в інтервал Сk;

С0a, Cob, C0c, C0d, C0e – початкові інтервали періоду зайнятості, які залежать від матриці переривань, сек.

Результати обчислення інтенсивності обслуговування запитів двома запропонованими методами відрізняються на 5-8%, що знаходиться в межах норми.

Впровадження результатів моделювання та диспетчеризації мережі дозволило забезпечити оперативність отримання інформації на всіх рівнях ієрархії системи.

Практичне впровадження результатів дослідження (розділ IV) здійснено при реалізації геоінформаційної системи обліку технічних засобів організації дорожнього руху, дорожньо-транспортних подій, ділянок та місць їх концентрації на вулицях м. Києва під назвою ГІС Київ Рух.

Розроблена система призначена для збору, реєстрації та обробки інформації про вулично-дорожню мережу міста, технічні засоби організації дорожнього руху, світлофорні об`єкти, дорожньо-транспортні події, ділянки і місця концентрації ДТП, формування та видачі відповідної документації про стан об`єктів ситуаційного моделювання на множині зареєстрованих об`єктів для прийняття управлінських рішень щодо зниження аварійності в місті.

У структурі системи (рис. 5) можна виділити:

- діалоговий монітор, який реалізований у вигляді провідника даних і функцій системи;

- функціональні підсистеми для підтримки баз даних цифрової картографічної основи міста, реєстрів вулично-дорожньої мережі і адрес, технічних засобів організації дорожнього руху, світлофорних об`єктів, ДТП, місць концентрації ДТП, словників і класифікаторів, нормативно-технічної документації в сфері дорожнього руху та згенерованих системою документів;

- інформаційно-аналітичну підсистему, що забезпечує формування запитів до баз даних та проведення ситуаційного аналізу для оцінки стану засобів організації дорожнього руху міста;

- функціональні підсистеми для підтримки баз даних цифрової картографічної основи міста, реєстрів вулично-дорожньої мережі і адрес, технічних засобів організації дорожнього руху, світлофорних об`єктів, ДТП, місць концентрації ДТП, словників і класифікаторів, нормативно-технічної документації в сфері дорожнього руху та згенерованих системою документів;

- інформаційно-аналітичну підсистему, що забезпечує формування

запитів до баз даних та проведення ситуаційного аналізу для оцінки стану засобів організації дорожнього руху міста;

- ГІС-сервер на основі об`єктної моделі OpenGIS GeoMedia фірми INTERGRAPH;

- СКБД Oracle для створення і підтримки баз даних.

Ефективність використання системи в значній мірі визначається зручним професійним графічним інтерфейсом, орієнтованим на кінцевого користувача.

Покладені в основу створення ГІС Київ Рух принципи відкритих систем, інтегрування існуючих інструментальних ГІС і СКБД з офісними програмними системами дозволили з мінімальними затратами одержати необхідну функціональну повноту інформації для автоматизації процесів реєстрації і аналізу ДТП в ГІС.

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу дорожньо-транспортних подій як інформаційних об`єктів і подій, що мають складні причинно-наслідкові аспекти і властивості, розроблено концептуальну модель взаємозв`язків процесів реєстрації та аналізу ДТП в системі транспортної інфраструктури та організації дорожнього руху.

2. Розроблено архітектуру ГІС ДТП та обгрунтовано компоненти її методичного, картографічного, інформаційного і програмного забезпечення.

3. Розроблені технології проведення топографо-геодезичних і картографічних робіт місць скоєння ДТП та інвентаризації вулично-дорожньої мережі з застосуванням мобільних систем картографування на основі фотограмметричних методів та GPS-вимірювань.

4. Розроблена система умовних знаків картографування ДТП та проведена експертна оцінка їх образно-асоціативних властивостей, яка підтвердила високі прагматичні характеристики знаків.

5. Розроблено модифікований метод розрахунку вибору оптимального масштабу картографування ДТП, дорожніх знаків та технічних засобів організації дорожнього руху на основі критерію достатності/надлишковості інформації. З використанням розробленого методу обгрунтовано масштабний ряд картографічних матеріалів для забезпечення ГІС ДТП.

6. Сформульовано принцип параметричного управління якістю карти в ГІС в залежності від масштабу електронної карти та складу її об`єктів, які мають ситуаційну залежність від інтерактивних запитів користувача в процесі просторового аналізу даних.

7. Розроблено та реалізовано формальну модель процесів реєстрації ДТП та просторово-часового аналізу ділянок і місць концентрації ДТП, базові функції геокодування та спеціальні алгоритми моделювання, які дозволили виконати програмну реалізацію в середовищі сучасних інструментальних ГІС.

8. На основі застосування класичного апарату теорії імовірності та сучасних результатів теорії систем масового обслуговування розроблені та реалізовані в ГІС інтелектуалізовані алгоритми диспетчеризації потокових процесів в мережі УДАІ МВС України, які дозволяють здійснювати балансування завантаження мережі таким чином, що задана оперативність отримання інформації забезпечується на всіх рівнях ієрархії системи, здійснено динамічну оптимальну маршрутизацію інформаційних потоків, в результаті чого швидкість отримання операти-вної інформації збільшилась на 45%.

9. Розроблено та реалізовано в ГІС Київ Рух цифрове картографічне і програмне забезпечення для реєстрації ДТП в м. Києві та просторово-часового моделювання місць концентрації ДТП з врахуванням вимог діючих норм та стандартів, що практично підтверджує коректність розроблених моделей та методів.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Дерех З.Д. Выбор масштаба при составлении планов дорожно-транспортных происшествий стереофотограмметрическим методом //Инженерная геодезия. К. – 1986. – № 29. – С. 27-28.

2. Дерех З.Д. Стереофотограмметрические методы фиксации следов ДТП //Пути повышения качества расследования дорожно-транспортных происшествий. – К.: РИО МВД УССР. - 1987. – С. 57 – 63.

3 . ДСТУ 2586-94. Знаки дорожні. Загальні технічні умови. Правила застосування. – К.: Держстандарт України. - 1995. – 112 с.

4. ДСТУ 2587-94 “Розмітка дорожня. Технічні вимоги. Методи контролю. Правила застосування”. – К.: Держстандарт України. – 1994. –33 с.

5. ДСТУ 3587 - 97 “Безпека дорожнього руху. Автомобільні дороги, вулиці та залізничні переїзди. Вимоги до експлуатаційного стану — К.: Державний комітет з стандартизації, сертифікації та метрології України. – 1997. – 115 с.

6. Дерех З.Д. Загальні аспекти державної програми забезпечення безпеки дорожнього руху та екологічної безпеки транспортних засобів // Безпека дорожнього руху України. – К.: ТОВ “ISTERPRESS-Україна”. – 1998. – №1. – С. 12 - 14.

7. Дерех З.Д., Рейцен Є.О. Наукові шляхи реалізації програми забезпечення безпеки дорожнього руху //Безпека дорожнього руху України. – К.: ТОВ “ISTERPRESS-Україна”. – 1999. - №1(2). – С. 19 - 23.

8. Матковський В.В, Дерех З.Д., Прокопенко Ю.М., Христич М.Й. Автоматизована інформаційно-пошукова система “Інтегрований національній банк даних Державтоінспекції України” // Безпека дорожнього руху України. – К.: ТОВ “ISTERPRESS-Україна”. – 1999. – №1(2). – С. 106 - 113.

9. Матковський В.В, Дерех З.Д., Христич М.Й. Моделювання ієрархічної структури інформаційно-обчислювальної мережі Державтоінспекції МВС України. // Безпека дорожнього руху України. – К.: ТОВ “ISTERPRESS-Україна”. – 1999. – №2(3). – С. 184 - 190.

10. Дерех З.Д. Склад та принципи побудови спеціалізованої геоінформаційної системи “Дорожньо-транспортна пригода” // Безпека дорожнього руху України. – 1999. — № 3(4). — С. 121 - 126.

11. Старовєров В.С., Дерех З.Д. Вимоги до геоінформаційного забезпечення та методів реєстрації дорожньо-транспортних пригод при створенні спеціалізованих картографічних матеріалів. //Вісник геодезії та картографії. – К., 1999. – №3. – С. 31 - 34.

12. Матковський В.В, Дерех З.Д., Христич М.Й. Синтез оптимальної топології інформаційно-обчислювальної мережі Державтоінспекції України //Безпека дорожнього руху України. – К.: ТОВ “ISTERPRESS-Україна”. – 1999. – №3(4). – С. 108 - 120.

13. Коментарии к Правилам дорожного движения / Дерех З.Д., Заворицкий Ю.Е., Ковов С.Н. и др.— Симферополь: “Реноме”, “Квадранал”. – 1999. – 320 с.

14. Дерех З.Д., Лященко А.А. Експертні геоінформаційні системи прийняття рішення в організації дорожнього руху // Безпека дорожнього руху України. – К.:ТОВ “ISTERPRESS-Україна”. – 2000. — № 1(6). — С. 63 - 71.

15. Дерех З.Д. Методика збору даних і картографування дорожньо-транспортних пригод та автодоріг з застосуванням ГІС-технологій // Інженерна геодезія. — К. – 2000. – № 42. – С. 29 - 43.

16. Дерех З.Д. Математична модель АІС “ДТП” як підсистема функціонування АІС “Інтегрований національний банк даних про транспортні засоби” //Безпека дорожнього руху України. – К.: ТОВ “ISTERPRESS-Україна”. – 2000. – №2(7). – С. 83 - 99.

17. Дерех З.Д. Свідоцтво про державну реєстрацію прав автора на твір ПА № 2900 від 14.03.2000 р. Підсистема “Дорожньо-транспортна пригода” автоматизованої інформаційної системи “Інтегрований національний банк даних про транспортні засоби” (АІС”ДТП”).

АНОТАЦІЇ

Дерех З.Д. Розробка методичних основ геоінформаційного карто-графування та аналізу дорожньо-транспортних подій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.24.01- геодезія. - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2001.

Дорожньо-транспортна подія як інформаційний об’єкт визначає місце та її взаємозв’язки з процесами реєстрації і аналізу в системі транспортної інфраструктури як складової життєзабезпечення сучасних міст і суспільства в цілому. Проведено аналіз процесів реєстрації та аналізу ДТП, обгрунтовано вибір масштабу картографічних матеріалів, вдосконалено систему умовних позначень ДТП на картографічних матеріалах. Викладено методику застосування мобільних картографічних систем на основі фотограмметричних методів та GPS – вимірювань для геоінформаційного картографування ДТП та інвентаризації вулично-дорожньої мережі. Розроблено структуру геоінформаційної системи картографування та аналізу ДТП і визначено її функціональний зміст. Розроблено модель процесів реєстрації ДТП та просторово-часового моделювання для визначення ділянок і місць концентрації ДТП в ГІС. Визначено алгоритм функціонування системи, специфікацію базового набору функцій, які повинні бути реалізовані в інструментальних ГІС.

Ключові слова: вулично-дорожня мережа, геоінформаційна система, дорожньо-транспортна подія, організація дорожнього руху, картографування.

Дерех З.Д. Разработка методических основ геоинформационного картографирования и анализа дорожно-транспортных происшествий, - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.24.01- геодезия, Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2001.

Системный анализ процессов регистрации и анализа дорожно-транспортных происшествий, состояние их топографо-геодезического, картографического и геоинформационного обеспечения определяет пути усовершенствования, повышения достоверности, оперативности и эффективности регистрации и анализа ДТП на основании применения современных ГИС – технологий и экспертных систем.

С целью создания теоретических предпосылок и практических методов картографирования и анализа ДТП определено место и взаимосвязи ДТП с процессами их регистрации и анализа в системе транспортной инфраструктуры как составляющей жизнеобеспечения современных городов и общества в целом.

В обобщенной схеме процесса регистрации и процессуального рассмотрения ДТП выделены основные этапы, их последовательность и функции отдельных участников процесса.

Разработана ГИС ДТП, в которой информационное взаимодействие между отдельными программами организовывается с использованием унифицированных форматов, в том числе форматов обмена между подсистемами, введения картографических данных и введения данных о ДТП. Система функционирует в интерактивном режиме работы (в режиме реального времени).

Рассмотрены информационные технологии топографо-геодезических работ при геоинформационном картографировании ДТП и инвентаризации дорог. Обосновывается использование фотограмметрических методов с применением GPS – измерений. Обоснован выбор картографического материала по критерию достаточности/избыточности информации и определены масштабообразующие факторы для магистральных и местных дорог.

Сделаны выводи о том, что качество карты в ГИС должно параметрически управляться в зависимости от масштаба электронной карты и состава объектов, формирующегося ситуационно в зависимости от интерактивных запросов пользователя в процессе использования им карты для пространственного анализа данных. Усовершенствована система условных обозначений ДТП на цифровых картах с учетом семантических требований.

Разработана структура геоинформационной системы картографирования ДТП с учетом входящих/исходящих информационных потоков процессов регистрации, пространственно-временного моделирования мест концентрации ДТП, определена обобщенная структура базы знаний в экспертной ГИС.

Практическое внедрение результатов исследований осуществлено при реализации разработанной геоинформационной системы картографирования технических средств организации дорожного движения, ДТП, участков и мест их концентрации на улицах г. Киева.

Ключевые слова: геоинформационная система, дорожная сеть, дорожно-транспортное происшествие, организация дорожного движения, картографирование.

Dereh Z.D. Development of methodical bases geoinformation map-making and analysis of traffic accident. - Manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of engineering science behind a speciality 05.24.01- geodesics. - Kiev national university of construction and architecture, Kiev, 2001.

Of traffic accident as the information object determines a place and its interrelations with processes of registration and analysis in system of a transport infrastructure as components of life-support of modern cities and societies as a whole. The analysis of processes of registration and analysis of traffic accidents carried out, the choice of scale of cartographic materials is proved, the system of conditional designations of traffic accident on cartographic materials is advanced. With the purpose of geoinformation traffic net of traffic accident and inventory of traffic net, the technique of application of mobile cartographic systems on a basis photogrammetric of methods and GPS - measurements is stated.

The structure of geoinformation system map-making and analysis of traffic accident is submitted and its functional contents is determined. The model of processes of registration of traffic accident and spatial - temporary modeling for definition of sites and places of concentration of traffic accident in geoinformation systems is developed. The algorithm of functioning of system, specification of a base set of functions is determined which should be realized in tool geoinformation systems.

Key words: traffic net, geoinformation system, traffic accident , organization of road movement, map-making.