| #2 2007 | Аналітично-експертна система управління мостами. Стан і перспективи розвитку |
 |
|
Коваль П.М., канд. техн. наук, директор,
За останні 10 років в Україні постійно зростає кількість мостів, які потребують капітального ремонту. Відставання від плану капітальних ремонтів має тенденцію збільшуватись. І ця проблема передусім економічна. Розвиток та інтеграція економічної системи України у світові й європейські структури вимагає нових підходів в управлінні транспортними спорудами. Ця потреба є вкрай нагальною в умовах обмеженого фінансування дорожньої галузі. Будь-які спроби оптимізувати видатки на ремонт і реконструкцію мостів натикаються на принципові перешкоди: відсутність систематизованої технічної інформації про стан мостів та методів прогнозу ресурсу, відсутність науково обґрунтованої системи оптимізації витрат на експлуатацію тощо.
Другий бік проблеми - соціальний. Експлуатація мостів у таких умовах, які спостерігались протягом останніх 10 років, призводить до зменшення строку їх служби, зниження надійності, збільшення ризику. Необхідність заходів щодо створення системи експлуатаційного утримання визначена рішенням Міжвідомчої комісії з питань науково-технологічної безпеки при Раді національної безпеки і оборони України від 14 лютого 2002 року та в Дорученні Президента України від 17 квітня 2002 року.
Здійснення надійної й ефективної експлуатації мостів сьогодні неможливе без розвинутої інформаційної системи та автоматизації управління мостами. Експертні системи побудовані на базі сучасних досягнень в теорії надійності споруд і оптимізації експлуатаційних ресурсів є невід'ємною частиною систем управління транспортними спорудами в усіх розвинених країнах світу. Як свідчить закордонний досвід, автоматизована експертна система управління мостами є ефективним інструментом експлуатації, орієнтованим на контроль надійності, довговічності споруд та формування стратегічних планів експлуатації.
Саме в цьому напрямі в 2004 році за підтримки Укравтодору, Інститут ДерждорНДІ разом із Національним транспортним університетом розробили галузеву систему управління мостами. Основною метою аналітичної експертної системи управління мостами (АЕСУМ) є автоматизація формалізованої оцінки технічного стану автодорожніх мостів і генерація експертних рекомендацій із планування порядку виконання робіт з утримання, ремонту та реконструкції мостів.
Цієї глобальної мети досягнуто виконанням програмним комплексом в автоматизованому режимі великої кількості функцій (рис. 1). Назвемо основні з них:
• систематизація й обробка технічної документації на споруди та їх елементи;
• технічна оцінка експлуатаційного стану споруди та прогноз залишкового ресурсу;
• генерація рекомендацій з експлуатаційних заходів;
• рекомендації з пропуску понаднормативних вантажів;
• генерація оптимальної стратегії фінансування ремонтів;
• економічний прогноз, моделювання соціальних наслідків закриття моста на ремонт чи реконструкцію;
• інформаційно-довідкові функції.
Експертна система містить сучасну базу даних, яка складається з великої кількості графічної, текстової, числової інформації. Основні види даних:
• технічні дані;
• експертні дані;
• довідково-аналітична система.
Комп'ютерна система в перспективі має експлуатуватися на всіх рівнях управлінської вертикалі експлуатації мостів Укравтодору. Це означає, що система буде використовуватись в апараті Укравтодору, в обласних та районних дорожніх організаціях (рис. 2). Програмні комплекси цих трьох рівнів відрізняються тільки обсягом банку даних. Структура банку, формати даних, набір функцій користувача зостається незмінним.
Перспективний варіант комплексу запроектовано з єдиним банком даних АЕСУМ в Державній службі автомобільних доріг України (рис. 3). Така архітектура забезпечить централізоване зберігання даних, підвищить їх безпеку і знизить вимоги до технічного та системного забезпечення користувача.
У варіанті системи з єдиним централізованим банком даних вся інформація про наявність та стан мостів зберігатиметься на сервері баз даних Управління доріг Державної служби автомобільних доріг України. Там же буде розміщуватися сервер прикладних програм, які здійснюють обробку даних згідно з функціональним призначенням АЕСУМ.
Клієнтські програми, орієнтовані на периферійного користувача, мають доступ до серверу на базі технічного забезпечення нижчого рівня. Зв'язок користувача із сервером прикладних програм здійснюється через Інтернет або Інтранет (корпоративна мережа галузі).
Беручи до уваги сучасний стан технічного забезпечення дорожньої галузі та розвитку послуг провайдерів Інтернету, а особливо засобів зв'язку на районному рівні, труднощі роботи в режимі online(по виділеному каналу зв'язку), запроектовано варіант системи з локальним банком даних на рівні користувачів АЕСУМ. Система матиме всі функції АЕСУМ і можливості експорту локальних даних до центрального банку даних Укравтодору способом передачі файлів в узгоджених форматах на електронних носіях (рис. 4).
 Саме така конфігурація комплексу за наказом Укравтодору впроваджується в систему експлуатації мостів у обласних Службах автомобільних доріг. Поступово, зі зростанням технічних можливостей, може бути здійснений перехід до варіанта з єдиним банком даних.
Програмний комплекс має модульну структуру, відповідну архітектурі АЕСУМ. Управління банком виконується модулем адміністрування бази даних, який виконує функції наповнення бази та формування запитів. Модуль також відповідає за безпеку даних методом створення резервних копій та відновлення даних із резервних копій. Передбачені також спеціальні заходи для захисту даних від несанкціонованого вторгнення.
Виконання клієнтських програм організовується сервером прикладних програм. Клієнтські програми містять модулі чотирьох видів: автоматизованої оцінки технічного стану і прогнозу залишкового ресурсу; економічного аналізу та планування ресурсів; теоретичних розрахунків міцності, стійкості й довговічності мостів та їх динамічного аналізу; генерації звітів і техніко-економічної документації галузі мостів.
Структурна схема програмного комплексу показана на рис. 5.
На рівні Укравтодору планується забезпечити отримання аналітичних розрізів даних, які б давали можливість аналізу стану та планування розвитку транспортних споруд, і вирішувати стратегічні завдання фінансування в масштабах галузі.
На рівні Служб автомобільних доріг в областях або Облавтодорів планується забезпечити отримання аналітичних розрізів даних, які б давали можливість аналізу стану та планування експлуатаційних заходів у масштабах області.
На районному рівні відбуватиметься, зазвичай, тільки накопичення фактичних даних про стан мостів і виконання робіт із реконструкції та ремонту мостів.
У банку даних АЕСУМ зберігається інформація про наявність, технічний стан автодорожніх мостів України, прогнози змін технічного стану мостів, плани та фактичне виконання експлуатаційних робіт. Для цього було застосовано сучасний реляційний банк даних достатньої ємності, який містить два основних розділи: технічні й економічні дані мостів та інформаційний.
Банк даних створено на основі системи управління базами даних (СУБД) MicrosoftSQLServer, яка забезпечує реалізацію реляційних баз даних, дає змогу зберігати великі обсяги даних та будувати досить складні вибірки даних.
Банк даних АЕСУМ складається з таких підрозділів:
• довідники - забезпечують створення реляційної бази даних на основі класифікацій властивостей головних об'єктів предметної області. Наприклад, довідники областей, адміністративного значення доріг, матеріалів, видів споруд, прогонових будов тощо. До цієї частини належать також довідкові таблиці, необхідні для виконання розрахунків.
Приміром, значення параметрів інтенсивності відмов, коефіцієнти варіації міцності бетону та інше. Вони не можуть бути змінені користувачами, а створюються в центральному банку даних;
• мережа доріг - дані, які відображають систему доріг України з необхідними характеристиками. До цієї мережі належать (прив'язуються) мости користувача;
• параметри і стан мостів;
• графічна та числова інформація про споруду загалом і конструкції елементів споруди (проектна та виконавча документація) (рис. 6);
• паспорти мостів;
• дані нагляду стану мостів;
• дані про поточні ремонти;
• дані випробувань і обстежень, дефекти елементів споруди;
• дані з оцінки технічного стану та прогнозу терміну служби (залишкового ресурсу) елементів споруди.
Розділ "Відомості про мости" на рівні Укравтодору розрахований на 17106 записів (17 000 мостів х 1000 записів).
"Інформаційний" розділ"
Цей розділ обсягом в 5103 записів має містити:
• нормативну базу експлуатації мостів;
• базу ціноутворення;
• довідково-аналітичну систему ресурсів;
• базу інвесторів, наукових, юридичних осіб, проектувальників, будівельників і субпідрядників галузі;
• експлуатаційні заходи на рівні мережі мостів:
• плани ремонтів, посилення та реконструкції мостів;
• дані про фактичне проведення ремонтів, реконструкцій і посилень елементів споруд;
• інформаційне забезпечення.
У сукупності ці частини банку даних створюють модель предметної області АЕСУМ.
Експертні програми-функції користувача складаються за попередньо розробленими алгоритмами та дають змогу користувачу виконувати необхідні розрахунки. Модулі цього виду виконують функції:
• визначення дискретного стану елементів;
• визначення надійності елементів;
• визначення вантажопідйомності елементів;
• прогноз термінів служби (залишкового ресурсу) елементів;
• призначення ремонтних заходів;
• ранжування елементів моста за потребою ремонту;
• ранжування елементів моста за характеристикою безпеки;
• визначення нових характеристик елемента після ремонту;
• оцінка безпеки руху по споруді;
• розробка рекомендацій із планування ремонтів, посилення та реконструкції;
• генерація оптимальної стратегії фінансування капітальних і поточних ремонтів;
• рекомендації з пропуску понаднормативних вантажів;
• економічний прогноз, моделювання соціальних наслідків.
Система програм-функцій є відкритою. Це дає змогу поповнювати її в майбутньому в процесі розвитку програмного комплексу.
Алгоритми визначення надійності та довговічності, прогнозу залишкового ресурсу складені відповідно до нормативних відомчих документів оцінки технічного стану автодорожніх мостів.
У 2006 році ДерждорНДІ закінчив розробку версії програмного комплексу і впровадив АЕСУМ у систему експлуатації мостів на обласних рівнях. Також було розпочато роботу наповнення бази даних у форматах АЕСУМ передусім за результатами паспортизації. Визначення вантажопідйомності, прогноз ресурсу, вартості експлуатаційних заходів тепер базується на даних технічного стану споруди.
Водночас із проведенням робіт із паспортизації у 2007 році, до яких залучено широке коло виконавців, інститут ДерждорНДІ планує продовжити роботи з вдосконалення і розширення можливостей програмного комплексу. Ці роботи виконуватимуться згідно з перспективним планом розвитку програмного комплексу, затвердженого Укравтодором. Реалізація цих завдань дасть змогу ДерждорНДІ до кінця 2007 року завершити всі заплановані роботи, пов'язані з ПК АЕСУМ, і розробити першу професійну версію програми.
|
 |
 |
