"Разработка единой системы кодирования подвижного состава
advertisement
На правах рукописи Корольков Пётр Борисович РАЗРАБОТКА ЕДИНОЙ СИСТЕМЫ КОДИРОВАНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Иркутск – 2006 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения». Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Мухопад Юрий Фёдорович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Новорусский Валерий Владимирович кандидат физико-математических наук, доцент Аршинский Леонид Вадимович Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный технический университет» Защита состоится 26 октября 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 218.004.01 при ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения». Автореферат разослан 22 сентября 2006 г. Учёный секретарь диссертационного совета Н.П. Деканова 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В настоящее время в транспортной отрасли осуществляется ряд программ реформирования, выполнение которых позволит реально интегрировать железнодорожную сеть России в единую мировую транспортную систему. К таким программам целесообразно отнести и разработку единой системы кодирования подвижного состава, обладающую свойствами долговременности и универсальности в отношении различных видов подвижного состава. По этой причине становится актуальной задача поиска научного обеспечения основ кодирования, которые помогут достичь указанных целей и тем самым содействовать конкурентоспособности железных дорог. Создание единого стандартного идентификатора необходимо для обеспечения бесконфликтного обмена данными между железнодорожными предприятиями и представляет собой один из аспектов стандартизации информационных систем. Кодовые номера подвижного состава железнодорожного транспорта содержат в себе важнейшую информацию для внутреннего и межгосударственного перевозочного процесса. Номера вагонов позволяют осуществлять однозначную идентификацию, мониторинг продвижения грузов, поиск «потерянных» транспортных единиц и представляют собой общий язык для коммуникации между железнодорожными предприятиями, операторами инфраструктуры, государственными органами и др. Объектом исследования является подвижной состав транспортных систем, в первую очередь железнодорожных. Цель работы заключается в исследовании систем кодирования, используемых для идентифицирования транспортных средств, выборе теоретической базы и конструировании единого кода железнодорожного подвижного состава, а также выработке предложений по организации хранения и обмена данными о транспортных объектах в железнодорожных информационных системах. Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы системного анализа, синергетические методы представления структуры сложных систем, теория графов, методы компьютерного моделирования. В работе сочетаются как формальные, так и содержательные подходы. 3 На защиту выносятся следующие основные научные положения, составляющие предмет научной новизны: 1) структурная иерархическая модель транспортной отрасли, подкреплённая ранговой упорядоченностью номенклатуры, дающая возможность разработки единообразной систематики для всего подвижного состава; 2) подход, позволивший представить идентификационный код двумя составляющими: стабильной систематической и переменной, связанной с движением собственности. Наиболее существенные научные результаты: 1) выполнен системный анализ методов кодирования в разных странах и регионах мира; 2) на основе математической модели транспорта в виде ветвящегося графа с трёхмерными узлами-матрицами, разработана систематика подвижного состава, которая использована для цели формирования стабильного компонента кода; 3) решена задача лаконичного представления собственника подвижного состава через номер его регистрации в электронном реестре и оригинальный шифр региона мира; 4) на основе единого кода предложен способ получения дополнительных технических и других сведений о подвижном составе через глобальную сеть; 5) разработана схема унификации обмена данными между информационными системами национального и глобального уровней. Обоснованность научных положений и рекомендаций определяется отсутствием противоречий в совпадающих частях предложенного и существующих кодов подвижного состава, а также реальным изоморфизмом систематик различных типов железнодорожного транспорта (и их шифров) в заявленной стабильной компоненте. Практическая значимость полученных результатов. Применение разработок позволит решить проблему единообразной идентификации транспортных объектов, так как до настоящего времени ни одна концепция не могла претендовать на эту роль. Научное обоснование при создании системы кодирования подвижного состава обеспечивает концептуального возможность проекта базы долговечности данных 4 (БД) шифра, позволяет а реализация создать единое информационное пространство систем управления. Способ кодирования транспорта и механизм взаимодействия вычислительных комплексов может быть применён также к разнородным промышленным изделиям. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались на Всероссийской научной конференции молодых учёных «Наука. Технологии. Инновации» (2005 г., Новосибирск, НГТУ); 44-й Всероссийской научно-практической железнодорожному конференции транспорту и «Современные промышленности» технологии (2005 г., – Хабаровск, ДВГУПС); XI Международной конференции «Информационные и математические технологии в Международной научных исследованиях» научно-практической (2006 г., конференции ИСЭМ СО РАН); X «Системный анализ в проектировании и управлении» (2006 г., Санкт-Петербург, СПбГПУ). Результаты внедрения. На разработки диссертации получены отзывы Службы коммерческой работы в сфере грузовых перевозок и Дирекции по ремонту грузовых вагонов ВСЖД – филиала ОАО «РЖД». На основе материалов заключительной архитектуры, главы диссертации функционирования опубликовано и пособие проектирования «Элементы информационно- вычислительных сетей», которое ориентировано на учебный процесс ИрГУПС. Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано семь печатных работ, из них одна статья в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных положений диссертационных работ, а также одно учебное пособие. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложений. Основной объём работы составляет 157 страниц, 28 рисунков, 29 таблиц и 4 приложения на 15 страницах. Библиографический список содержит 137 наименований. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит обоснование актуальности работы, формулировку проблемы, обозначаются основные направления исследования. В первой главе рассматриваются применяемые в настоящее время системы кодирования. Буквенно-цифровые шифры используются для идентификации специфических характеристик, указания прав собственности, описания составных 5 частей изделий, защиты товара от подделок и прочих целей во всевозможных областях человеческой деятельности. Типичные примеры объектов, подлежащих кодированию, – транспорт, промышленность, книги, розничные товары и др. Основные требования, предъявляемые к содержанию кода транспортного средства: − уникальность каждого отдельно взятого идентификатора; − обозначение собственника; − отображение в структуре идентификатора эксплуатационных характеристик; − возможность функционирования на общемировом рынке. Проведено исследование различных способов кодирования, позволившее извлечь то рациональное, что возможно применить к разработке системы кодирования подвижного состава, максимально удовлетворяющей вышеуказанным требованиям и способствующей созданию стандартного алгоритма международного взаимодействия информационных систем. Рассмотрены особенности системы кодирования подвижного состава в России, странах СНГ и Балтии. Обоснована необходимость ухода от устаревших принципов составления 8-значных транспортных шифров, разработанных на основе простых соглашений для плановой, относительно замкнутой экономики СЭВ. Исследована 12-значная система кодирования ОСЖД/МСЖД, как основной кандидат на применение в качестве международной. Проанализирована специфика 10-значной нумерации подвижного состава в Северной Америке, представляющей интерес с точки зрения обозначения собственников. На настоящий момент состояние многих из рассмотренных способов обозначения транспортных средств отличается следующими характерными чертами: − отсутствует общепризнанный способ простой и однозначной записи, как страны регистрации, так и собственника подвижного состава; − отсутствует возможность функционирования кодов в глобальной транспортной сети на общемировом рынке; − подвижной вызванными состав перегружен необходимостью дополнительными отображения характеристик и эксплуатационных возможностей; 6 разнообразных маркировками, коммерческих − эффективность применяемых способов доступа заинтересованных лиц к сведениям о транспортном средстве невысока. В настоящее неуниверсальность время наблюдается существующих и произвольность предлагаемых оснований систем и кодирования, неэффективное использование разрядов кода, неупорядоченность в нанесении обозначений на транспортные средства, расточительность при кодировании стран и собственников и т. д. Мировое сообщество осознало необходимость перемен, функционируют международные комитеты по кодированию и информатике. Но, к сожалению, эти организации не опираются на глубокие теоретические проработки и не ориентированы на решение проблемы в общемировом масштабе. Попытки же учесть частности ведут к постоянным поправкам и модификациям. Необходимость единообразного подхода к кодированию всего подвижного состава обусловливается всё возрастающим взаимодействием между железными дорогами различных государств. Требуется разработка такого способа кодирования, который обеспечивал бы простоту и универсальность решения вопросов идентификации и позиционирования на сети транспортных коммуникаций, управления и хранения информации. На основании аналитического обзора ставятся задачи диссертации. Во второй главе обосновывается выбор синергетики, как фундаментальной научной основы кодирования инфраструктуры железнодорожного транспорта. Без понимания той роли, которую играет развитие в формировании сложно организованного материального многообразия транспорта, невозможно решить вопрос о долговременном кодировании даже в пределах одного государства. В основе синергетики лежит положение о единообразии закономерностей развития материального мира (И.Р. Пригожин, Г. Хакен, Лима-де-Фариа и др.). Ядро синергетики составляет теория самоорганизации. Нелинейность и неравновесность являются общими свойствами для объектов реального мира вне зависимости от их природы. Таким образом, самоорганизация выступает как универсальное явление. Универсальность моделей и методов синергетики может быть использована для описания систем различного типа, в том числе и транспортных. 7 С позиций синергетики железнодорожный транспорт представляет собой многоуровневую организационно-техническую структуру, развивающуюся по собственным законам, определяемым её внутренними свойствами. Для её отображения существует целый ряд классификаций по частным основаниям (Л.П. Тулупов, Н.А. Чурков и др.). При несомненной практической полезности такого подхода, следует всё же указать на трудности выработки на его основе эффективных методов познания объекта и управления его функционированием. Отдельно взятая классификация представляет собой систему соподчинённых понятий, поэтому её структура обычно отображается в виде плоского графа, который используется для представления взаимосвязей между объектами. Плоскостная древовидная структура наглядна, но при этом она теряет большое количество полезной информации. Выход был найден К. Линнеем, предложившим классификацию более высокого уровня – систематику, область знания, в рамках которой решаются глубокие задачи определённым образом упорядоченного обозначения всей совокупности объектов некой сферы реальности. Систематика позволяет с нужной степенью детализации, различной для разных назначений, учесть иерархическую равноправность и соподчинённость элементов инфраструктуры сложного объекта. Математической основой систематики железнодорожного транспорта, создаваемой в ИрГУПС и взятой за основу в диссертации, принят ветвящийся граф (дерево), в узлах которого находятся многомерные матрицы. Размерность предлагаемой модели ограничена тремя координатами, что обусловлено оптимальным соотношением между наглядностью отображения и количеством информации в нём. В сочетании с матричной формой представления это даёт возможность непосредственно раскрыть взаимосвязь трёх систематических рангов иерархического структурирования. Основу элементарной матрицы систематики составляют ряды по трём соседним таксономическим рангам. На рис. 1 представлена матрица, отображающая структуру высшего для рассматриваемой иерархии ранга I транспортной отрасли. Наиболее общий её параметр, соответствующий на данном этапе рассмотрения иерархических связей высшему рангу II, обозначен буквой i, детализация его значений помечена буквой h - по категориям ранга III. Ячейки матрицы содержат наименования более мелких таксонов (ранг IV) традиционной 8 9 систематики, что в совокупности включенных в рассмотрение таксономических координат обозначено буквой g. Транспортная система имеет больше составляющих, чем указано по каждому из координатных направлений. О наличии других компонентов свидетельствуют стрелки по осям. Значения многих ячеек скрыты за лицевыми слоями, однако используя приём сечения по выбранной оси и координате возможно выделить необходимые слои (двухмерные, плоские матрицы h=const, i=const, g=const). Дальнейшая декомпозиция выделенных плоских матриц, т.е. сечение «кубика» взаимно перпендикулярными плоскостями, дает характерные иерархические цепочки, а в предельной ситуации – трёх плоскостей – выделяется желаемый элемент уровня. Последовательное применение алгоритма графической декомпозиции, разработанного А.В. Комаровым, к нижележащим уровням иерархии приводит к интересующей нас ветви дерева «Динамические транспортные средства», включающей железнодорожный транспорт. Благодаря выходу на возможности, предоставляемые универсальной систематикой, разрабатываемой в ИрГУПС, становится реальным осуществление логического объединения в единую структуру не только всех объектов железнодорожного транспорта, но и транспорта (как отрасли деятельности человека) вообще. Систематика транспорта, включающая всё многообразие структур и отношений транспортного мира, позволяет лаконично и однозначно записывать необходимые таксономические категории. Многомерная систематика даёт удобный и наглядный способ наиболее широко охватить всю совокупность транспортных единиц и инфраструктуры, а при необходимости детализировать их свойства на любых таксономических уровнях иерархии. В третьей главе на основе систематики и на конкретных примерах рассматривается построение единой системы кодирования подвижного состава. Свойство долговременности тесно связано с выбором структуры шифра. Если сведения о транспортном средстве закодированы в его номер, то каждый раз, когда они изменяются, модифицируется и номер. Типичным примером здесь является 10 смена владельца подвижного состава. Следовательно, целиком структурированный номер не может быть постоянным идентификатором. Поэтому в работе на стабильную составляющую выделена лишь часть кода. Логичным представляется кодировать как категории, которые неизменны на всём протяжении жизненного цикла транспортной единицы, так и признаки, свойственные модели свободного рынка, когда нормальной практикой является смена собственника. Итак, структура кода должна включать постоянную составляющую из консервативных категорий ранговой систематики, а также неизбежную для экономической модели рынка (свободного предпринимательства) переменную часть. Постоянная составляющая кода. Поскольку систематика железнодорожного транспорта сразу создаётся как иерархическая, многоуровневая и многомерная, выбор конкретных таксономических рангов и их наполнение будет обусловливаться требуемой степенью детальности. В иерархической структуре любой транспортной системы содержится около десятка основных ранговых категорий и целый ряд промежуточных. Ввиду перспективы применения единого кода ко всем видам транспорта, за основу постоянной составляющей взяты пять рангов транспортной систематики, начиная с СЕМЕЙСТВА (с того уровня, где появляются различия между железнодорожным, морским и другими видами транспорта). Такой подход позволяет проникнуть на достаточную глубину в структуру каждого вида транспорта. Переменную составляющую кода сформируем из четырёх последующих позиций, указывающих регион мира (один знак) и шифр собственника транспортного средства (три знака), а также пяти позиций для указания на дополнительные технические характеристики в электронном реестре регистраций. Впервые в инвентарный шифр включается номер регистрации и год оформления собственности на транспортное средство, чем обеспечиваются: а) уникальность кода единицы подвижного состава, б) указание места записи детальных технических сведений о транспортном средстве в базе данных. В мировой практике уже неоднократно делались попытки региональной классификации. Некоторые из систем кодирования стран и их недостатки были рассмотрены в первой главе. В диссертации 11 объективным критерием классификации принята протяжённость железных дорог в стране, полученная от деления их суммарной мировой длины на число 36 (сумма десяти цифр и 26 букв латинского алфавита). Полученный результат может рассматриваться как рабочий ориентир, позволяющий учесть целостность частей света, границ государств и, косвенно, – степень развития их экономик. Распределение знаков предлагается провести по следующему алгоритму. Протяжённость железных дорог мира принимается за 100%, затем всем частям света (кроме Антарктиды) присваивается соответствующее количество знаков, пропорциональное размеру железнодорожной сети в них. В свою очередь части света разделяются по геополитическим признакам на страны (при достаточной протяжённости их железнодорожной сети, в среднем около 36 тыс. км на один знак) и регионы. Каждому из выделенных регионов дано имя, отражающее его географический компонент. Отбор конкретных букв преследовал цель по возможности породить естественную ассоциацию. Описанный подход к идентификации регионов мира позволил отчётливо выделить наиболее крупные транспортные державы и сузить тем самым перечень остальных стран в геополитических образованиях. Реализация же тенденций объединения транспортных систем различных стран и регионов и в пределе создание единой (межконтинентальной) системы коммуникаций уже началась. Речь при этом идёт о транспорте в широком смысле, но ведущая роль, несомненно, отводится железнодорожному транспорту. Опишем обобщённую структуру разработанного 14-значного 5 Род Вид Форма Разновидность 10 11 12 13 14 Год регистрации 4 Номер регистрации (записи в базе данных) 3 Собственник 2 Номер разряда 6 7 8 9 Регион мира 1 Семейство Значение разряда транспортного средства, представленную на рис. 2. Рис. 2. Обобщённая структура 14-разрядного кодового номера транспортного средства 12 кода Фиксированная часть шифра связана с консервативностью иерархической структуры сложной системы. Цифры, стоящие на начальных пяти позициях, обобщённо кодируют категории конкретных транспортных систем. Первая позиция кода отражает иерархический ранг СЕМЕЙСТВО, включающий транспортные средства с разными способами перемещения (1 – железнодорожные, 2 – автомобильные, 3 – морские и т. д.). Вторая позиция кода указывает на принадлежность транспортного средства к РОДУ (например, для железнодорожных: 1 – вагоны, 2 – локомотивы и т. д.). Три последующие цифры содержат информацию о ВИДЕ, ФОРМЕ и РАЗНОВИДНОСТИ транспортного средства. Сведения об иерархических рангах предполагается сосредоточить в отраслевых систематиках, принятых на должном международном уровне. В диссертации приведены примеры объёмных матриц и таблиц, охватывающих анализируемый отрезок иерархического дерева для различных видов подвижного состава железнодорожного транспорта. Переменная часть шифра связана с движением собственности в рыночной экономике. Кодирование собственника осуществляется на шестой-девятой позициях при помощи символа региона, в котором зарегистрирован подвижной состав, и трёхзначного цифрового индекса конкретного владельца транспортного средства. Таким способом кодируются 36000 железнодорожных собственников, что заметно превышает текущее их количество и тем самым обеспечивает перспективу сохранения размера данной составляющей кода. Десятая- двенадцатая позиции обозначают порядковый номер регистрации транспортного средства в электронном реестре собственника, структурированном на основе систематических категорий постоянной части кода. Цифры на тринадцатойчетырнадцатой позициях обозначают год регистрации транспортного средства. При разработке системы кодирования были приняты во внимание легко предсказуемые успехи компьютерных технологий. Информации, заложенной непосредственно в шифр, полностью хватает для оперативной работы, но в процессе эксплуатации могут возникнуть обстоятельства, когда потребуются более детальные сведения. Разумеется, их все невозможно поместить в шифр (что как раз 13 и вызывает многочисленные на протяжении последних десятилетий затруднения для рабочих групп ОСЖД/МСЖД). Поэтому напрашивается естественное решение: наиболее подходящее место для такой информации – в электронном информационном хранилище (реестре, базе данных). Описанное выше построение способствовать выработке должно гарантировать уникальность кода, перспективной и долговременной системы идентификации подвижного состава вне национальных предпочтений. Введение в практику мнемонического приёма выделения цветом региона и собственника прояснит структуру кода и облегчит восприятие оперативным персоналом особенностей эксплуатируемого подвижного состава. Примеры 14-значных железнодорожных кодов приведены на рис. 3. Следует отметить, что решение проблемы единого кодирования не сводится только к выбору структуры шифра и её теоретической проработке. От появления идеи универсального кодирования до полномасштабного внедрения в практику транспортных перевозок потребуется прохождение следующих характерных этапов её укоренения и развития: 1) возникновение идеи (исходный этап); 2) предпроектная проработка (научный этап); 3) эскизная проработка (этап становления); 4) проектная проработка (отраслевой этап); 5) международное обсуждение рабочего варианта (этап широкого признания); 6) опытная эксплуатация (этап технической отладки); 7) международное юридическое закрепление (окончательное внедрение). В диссертационной работе решаются задачи второго (предпроектное научное исследование) и третьего этапов (эскизная проработка в виде докладов, публикаций и патентов). Осуществление же практического внедрения займёт, очевидно, длительное время и потребует скоординированных международных усилий на этапах с четвёртого по седьмой. 14 4 5 1 2 G Специализированный Контрольноизмерительный Обследовательный Габаритообследовательный Германия 1 2 F Дизельный Купейный Франция 0 ВосточноСибирская железная дорога, филиал ОАО «РЖД» 0 0 0 1 15 2 2 1 5 3 0 7 4 2 2 Год регистрации (1998) Номер регистрации в базе данных 1 Год регистрации (2003) 9 8 Год регистрации (1992) U Азиатская Россия 4 Номер регистрации в базе данных Восточная Европа 5 Промышленный 0 Номер регистрации в базе данных Вагон – ледник 2 Украина, Донецкая железная дорога Изотермический Грузовой 2 Постоянный ток O Вагон 2 Электровоз 2 7 7 Год регистрации (1993) 1 Автомотрисный 5 Железнодорожное 1 Локомотив 1 Номер регистрации в базе данных 3 Моторвагонный б) электровоз Железнодорожное 1 SNCF 1 Железнодорожное 1 Ahaus Alstätter Eisenbahn 1 Железнодорожное а) вагон-ледник 7 9 4 0 9 9 8 3 в) автомотрисный моторный пассажирский вагон с дизельным ДВС 2 г) габаритообследовательный специализированный вагон 3 Рис. 3. Примеры 14-значного кодирования железнодорожного транспорта Четвёртая глава посвящена рассмотрению роли идентификационного номера в информационных системах на железнодорожном транспорте и анализу текущих проблем их взаимодействия. Показана возможность применения разработанного кода в системе автоматической идентификации «Пальма», позволяющей не только значительно упростить работу оперативного персонала с подвижным составом, но и обеспечить надёжность считывания идентификационного номера. Общепризнанный (по структуре и содержанию) идентификационный номер транспортной единицы может стать основополагающим вкладом в эффективное функционирование баз данных и систем управления, работающих с этими базами. Ситуация, связанная с взаимодействием национальных информационных систем, в значительной степени осложняется отсутствием единого подхода к кодированию подвижного состава. В области железнодорожных перевозок используется огромное количество разнообразных баз данных, которые отличаются по структуре и способам функционирования, так как в процессе их построения закладывались разные цели. Любая информационная система, как технический объект, будет постоянно эволюционировать. Поэтому так важно закладывать для неё надёжную и универсальную БД. В области информационных технологий значительный вклад принадлежит А.А. Денисову, В.Н. Волковой, Э. Таненбауму, Е.М. Тишкину, О.В. Белому, Л.В. Массель и др. Этапами разработки базы данных являются следующие шаги: − анализ и планирование (создание общего представления); − логическое проектирование (моделирование данных для проекта БД, описание объектов и их атрибутов); − детальное проектирование (подробное описание системных процессов, составление схем информационных потоков); − практическая реализация (установка оборудования и программного обеспечения, прикладных программ, т. е. реализация проекта БД). В диссертации исследуются первые два этапа. Предлагается следующий алгоритм взаимодействия национальных баз данных на основе принципов единого кодирования: 1. Каждый отдельно взятый собственник должен иметь выход на глобальный каталог регистраций владельцев транспортных средств. Осуществлять его 16 администрирование может, например, международная транспортная организация МСЖД. Значительное уменьшение времени доступа собственником к наиболее востребованной информации достигается путём разделения базы на фрагменты по согласованным регионам мира и их физическое размещение в соответствующих государствах. 2. По считанному с бортового датчика коду собственника (6-й разряд – регион мира; 7-9 разряды – номер, присвоенный собственнику) из глобального каталога электронной регистрации извлекаются атрибуты для сетевого доступа в базу данных оператора интересующей нас транспортной единицы. 3. Запрашивающий идентифицирует себя в удалённом реестре при помощи личного кода собственника. Удалённая информационная система назначает ему режим доступа на основе содержания глобального каталога электронной регистрации (для разных собственников может реализовываться различная политика доступа к конфиденциальной информации). 4. Система управления информационными ресурсами на основе полученных данных осуществляет вход в реестр указываемого собственника, где в нём по номеру регистрации, году и пяти ранговым категориям получает информацию о необходимых дополнительных характеристиках. 5. Если требуются только базовые характеристики вагона, то необходимость в удалённом доступе отсутствует, так как расшифровку информации, заложенной в кодовый номер, запрашивающий сможет осуществить с использованием своей ИТсистемы. Описанный алгоритм взаимодействия информационных систем предполагает необходимость реализации распределённого представления данных и организации обмена информацией между национальными БД. Желательно чтобы физическое расположение национальной базы данных (как сегмента) находилось в государстве, обозначаемым как регион мира в шестой цифре идентификатора. Центральный элемент созданной собственников) был таким бы образом скорее базы данных концептуальным, (глобального а запросы каталога могли бы производиться с помощью любой национальной БД. В качестве модели данных для хранения информации о транспортном средстве в цифровом виде сделан выбор в пользу реляционной модели. Она наиболее 17 эффективна Реляционные в сфере СУБД железнодорожном прямого отлично транспорте использования справляются с информационными детализированных такими данных. возникающими задачами. на Общепринятым стандартом языка манипулирования реляционными данными является язык SQL, который выгодно смотрится с позиции заявленных в диссертации целей единого кодирования. Реляционная модель в настоящее время является устоявшимся стандартом для разработки проектов крупных баз данных. Предлагается создание такой структуры, в которой перемещение данных сокращено до разумного минимума, информация однозначна и легко доступна пользователям. Во многих системах избыточность становится источником аномальных и противоречивых данных, когда затруднительно определить, какая информация является истинной. Благодаря уникальности каждого отдельно взятого шифра становится возможным его использование для устранения противоречий при доступе к данным. Разнообразные сведения, запрашиваемые из реестра, получаются на основе обработки электронных таблиц. И здесь важно определить, как данные в этих таблицах хранятся и взаимодействуют. Для целей разработки концептуального проекта распределённой информационной БД, среды, закладывающего предлагается основу применить построения общей ER-моделирование (моделирование «сущность-связь»), облегчающее понимание структур объектов, их свойств, связей и ограничений. На рис. 4 представлена ER–диаграмма, описывающая логическую структуру распределённой базы данных. Первичные ключи в таблицах обозначены буквами «PK». Атрибуты, являющиеся для сущностей внешними ключами, обозначаются буквами «FK». Для основных технических характеристик, заложенных в 14значный шифр, предлагается использовать десять основных сущностей (FAMILY, GENUS, ASPECT, FORM, TYPE, REGION, OWNER) которые составляют ядро базы данных. Считанный с подвижного состава идентификационный номер попадает в СУБД и интерпретируется ею как серия полей фиксированной длины в составной сущности VEHICLE. Она формируется из внешних ключей других сущностей, так как это необходимо и для взаимодействия отдельных таблиц, и для целостного представления кодового номера. 18 19 Сущность REGISTRATION предназначена для записи уникального номера регистрации транспортной единицы и года её регистрации. Описанная сущность выполняет важную функцию связи с таблицей OPTIONS, в которую закладываются представляющие интерес для пользователя дополнительные технические характеристики. Количество записей, как и их состав, определяются собственником индивидуально. В некоторых случаях этой информации может вовсе не быть, поэтому связь между сущностями REGISTRATION и OPTIONS представлена как слабая. Уникальность каждого конкретного кодового номера обеспечивается сильными связями типа «один-к-одному» между составной сущностью VEHICLE и сущностями OWNER, TYPE и REGISTRATION. Как видно из диаграммы на рис. 4, первые пять систематических категорий шифра представлены в виде иерархии сущностей. Благодаря такому решению достигается независимость по данным, что позволяет модифицировать информационное наполнение каждой сущности без влияния на структуру полей остальных таблиц, включающих коды иерархических рангов систематики транспорта. В главе демонстрируется возможность распространения предлагаемой системы кодирования на железнодорожную инфраструктуру, другие виды транспорта и промышленные изделия уникального ряда. Принципиальных препятствий к распространению описанного в третьей главе способа кодирования на крупные объекты железнодорожного транспорта не существует. ПУТИ и ТЕРМИНАЛЫ, охваченные той же иерархией, что и подвижной состав, скорее всего, могут быть промаркированы аналогичными 14-значными шифрами. Для реализации этой идеи требуется построить столь же детальные систематики указанных таксонов верхнего уровня иерархического дерева транспорта (начиная с ранга Семейство), как и для таксона ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ. В качестве примера проиллюстрируем на рис. 5 приложение единого кодирования к идентификации железнодорожных станций. Содержание стабильной части 14-разрядного кода видно из блока первых пяти цифр. Они соответствуют тем же обобщенным названиям рангов транспортной систематики, 20 но имеют свои имена конкретных таксонов. Формирование шифра собственника осуществляется по схеме, аналогичной подвижному составу. В последних пяти разрядах можно применять национальную нумерацию станций или получать новый Европейская Россия 0 1 7 3 1 1 7 5 Год введения в эксплуатацию (1975) U Номер станции 1 Московская железная дорога филиал ОАО РЖД» 1 Узловая Станция (терминал) 2 Грузопассажирская 0 Участковая 1 Железнодорожная шифр при регистрации в электронном реестре (базе данных). Рис. 5. Кодирование железнодорожной станции У любого из видов транспорта существует та или иная система кодирования, так что преодолеть ситуацию закрепившегося предпочтения будет совсем не просто. И лишь аргумент о создании действительно единой транспортной системы мира с её логистически выгодной схемой мультимодальных перевозок может решить вопрос в пользу универсального кодирования всех видов транспорта. Рис. 6 иллюстрирует конкретный идентификационный код на примере морского 1 2 0 2 6 1 0 3 Год регистрации (2003) F Номер регистрации в базе данных Грузовой 5 SCAC/DelmasVieljeux/SDV Теплоход 3 Франция 3 Контейнерный 1 Лихтер 3 Морское транспорта. Рис. 6. Кодирование морского транспорта Предложенная система кодирования подвижного состава опирается на общее свойство практически всех отраслей производства сложных товаров длительного пользования – их (отраслей) иерархическую многоуровневость. Математический образ таких систем – связный граф (дерево) – универсален, т. е. может обобщённо 21 описывать разные отрасли промышленности. Единая терминология (обобщённая номенклатура) кодирования сделает любого возможным сложного применение (уникального) универсального по структуре и сходного такого графа для целей изделия путём построения по наполнению шифра объектов рассматриваемого ряда. Облегчение поставленной задачи может быть достигнуто одновременной разработкой систематик, адекватных каждой конкретной отрасли. Предложенное в диссертации кодирование будет способствовать унификации правил их построения, т. е. позволит внести элемент универсальности. Ниже (табл. 1) отображается начальный шаг к решению задачи построения сходных структур и аналогичного наполнения систематик в разных областях антропосферы. Указаны имена вершин и первых однотипных объёмных матриц трёх ветвей деревьев соответствующих отраслей (для транспорта см. рис. 1). Таблица 1 Отрасль Наименование первых матриц ветвей дерева Транспорт Подвижной состав Пути Терминалы Энергетика Энергогенерирующее оборудование Линии теплотрасс и электропередач Электростанции (тепло-, гидро-, АЭС и др.) Растениеводство Механизмы Поля Агрокомплексы Информатика Аппаратное и программное обеспечение Сети передачи данных Информационные центры Наука Научные коллективы Конференции, книги, журналы Космос Ракеты Траектории, орбиты НИИ, университеты Космодромы, орбитальные системы Сформулированная таким образом идея кодирования класса уникальных изделий проходит в диссертации фактическую железнодорожного подвижного состава. 22 апробацию на примере ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Выполнено исследование, направленное на поиск и обоснование одного из важнейших компонентов функционирования железных дорог – системы кодирования транспорта. Проведён системный анализ проблемы применительно к железным дорогам России и зарубежных государств. 2. Предложен универсальной метод кодирования, систематики, ключевой базирующийся особенностью на концепции которого является возможность логического объединения в единую структуру не только всех железнодорожных объектов, но и других видов транспорта. В качестве основы системы кодирования применена иерархическая модель транспорта в виде дерева с объёмными (трёхмерными) узлами-матрицами. 3. Предложена обобщённая схема построения идентификационного кода как совокупности стабильной и переменной частей, разрешающей противоречивые требования долговременности и вариабельности. Использование систематики обеспечивает коду однозначность толкования без частого уточнения и модификации структуры, что в конечном итоге определяет возможность долговечности шифра. 4. Обоснована необходимость построения единой информационной среды, поскольку высокая неоднородность существующих систем управления перевозочным процессом существенно осложняет международное взаимодействие транспорта. В качестве основы, закладываемой в ИС, предлагается использовать созданный концептуальный проект распределённой базы данных. 5. Разработанный метод кодирования, помимо транспортной отрасли, способен охватить и объекты промышленности как таковой. Результаты исследования могут способствовать унификации правил построения кодов для изделий уникального ряда, продолжающих жизненный цикл в реальных условиях изменения собственника. Признание принципиальных положений единого кодирования позволит осуществить в будущем применение разработанного логического проекта распределённой базы данных ко всем областям промышленности для хранения и стандартизованного обмена информацией. 23 СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Мухопад Ю.Ф., Корольков П.Б. Вычислительные системы управления и обработки информации // «Современные технологии. Системный анализ. Моделирование». – Иркутск: ИрГУПС, 2005. – № 1. – С. 76-81. 2. Корольков Б.П., Соломянный С.В., Корольков П.Б. Классификация регионов мира в универсальной системе кодирования применительно к железнодорожному подвижному составу // Транспорт. Наука, техника, управление, 2005. – № 12. – С. 13-16. 3. Корольков П.Б. Элементы архитектуры, функционирования и проектирования информационно-вычислительных сетей: Учебное пособие. Под редакцией Мухопада Ю.Ф., Ермакова А.А. – Иркутск: ИрГУПС, 2006. – 134 с. 4. Корольков П.Б. Техника кодирования подвижного состава железнодорожного транспорта и проблема адекватности считывания шифра // Наука. Технологии. Инновации: Материалы всероссийской научной конференции молодых учёных в 7-и частях. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. – Ч. 2. – С. 59-61. 5. Корольков П.Б. железнодорожного Проблема транспорта кодирования // Труды 44-й подвижного состава Всероссийской научно- практической конференции «Современные технологии – железнодорожному транспорту и промышленности». – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. – Т. 3. – С. 234-237. 6. Корольков П.Б. О формировании распределённой информационной системы для контроля и управления подвижным составом железнодорожного транспорта // Труды XI Международной конференции «Информационные и математические технологии в научных исследованиях». – Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2006. – Ч. 1. – С. 200-207. 7. Корольков Б.П., Корольков П.Б. Проблема универсального кодирования объектов уникального ряда // Системный анализ в проектировании и управлении: Труды X Междунар. науч.-практ. конф. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. – Ч. 1. – С. 110-113. 24 Отпечатано в Глазковской типографии г. Иркутск, ул. Гоголя, 53, тел. 38-78-40 Тираж 100 экз. Заказ № 1071 25
