Система оперативного планирования перевозок

Оперативное планирование — это конкретизация плановых заданий по времени выполнения, в пространстве (по местам выполнения производственных заданий), по специфике технологии и организации производства управляемого объекта (структура ПС, погрузо-разгрузочных средств, выбор технологии и т. п.).

Подсистема оперативного планирования АСУП направлена на автоматизацию текущего планирования производственной деятельности АТО и предназначена для решения следующих задач:

• • по расчету'.
• 1) провозных возможностей АТО;
• 2) оптимальных маршрутов движения ПС;
• 3) предполагаемых затрат и необходимых ресурсов для выполнения перевозок;
• • по составлению'.
• 4) почасовых графиков работы ПС и планов работ по клиентуре;
• 5) сменно-суточного плана работы АТО;
• 6) графика выпуска ПС на линию;
• 7) путевой документации.

С одной стороны, перечисленные задачи решаются на основании данных о потребностях в перевозках, которые складываются из заключенных АТО договоров и поступивших разовых заявок на перевозки, с другой — оцениваются провозные возможности АТО на основании данных об исправном ПС и готовых к работе водителях.

Основными выходными документами системы являются сменно-суточный план, графики работы ПС и путевые документы.

При выполнении грузовых перевозок выделяют несколько основных видов технологий, которые существенно отличаются друг от друга и в значительной степени зависят от грузообразующего объекта — грузоотправителя. Особенности конкретного грузоотправителя влияют на количество используемых для доставки грузов транспортных средств, вид ПС, возможность оптимизации маршрутов движения, необходимость согласования грузопотоков с другими видами транспорта, состав сопутствующих перевозке транспортно-экспедиционных услуг.

Отличительные особенности основных видов технологий грузовых перевозок и связанный с ними перечень задач, решаемых при планировании, приведены в табл. 4.3.

Таблица 43

Основные виды технологий грузовых автомобильных перевозок и связанные с ними задачи планирования.

Расчет оптимальных маршрутов при значительном количестве клиентов наиболее эффективно выполняется с помощью программного обеспечения, реализующего геоинформационные технологии, которые позволяют наглядно представлять пространственное расположение клиентов, прохождение маршрутов, расположение ПС и т. п.

Геоинформационная система (ГИС) — это совокупность технических, программных и информационных средств, обеспечивающих ввод, хранение, обработку, математико-картографическое моделирование и динамическое представление пространственных и соотнесенных с ними атрибутивных данных.

В соответствии с приведенным определением ГИС имеет следующие подсистемы:

• 1) подсистему сбора данных, которая собирает и проводит предварительную обработку данных из различных источников, отвечает в основном за преобразования различных типов пространственных данных (например, от изолиний топографической карты — к модели рельефа ГИС);
• 2) подсистему хранения и выборки данных, организующую пространственные данные в целях их выборки, обновления редактирования;
• 3) подсистему манипуляции данными и анализа, которая, выполнив различные задачи на основе этих данных, группирует и разделяет их, устанавливает параметры и ограничения и осуществляет моделирующие функции;
• 4) подсистему вывода, которая отражает всю БД или ее часть в табличной, диаграммной или картографической форме.

Первая подсистема ГИС может быть соотнесена с первым и вторым шагами процесса картографирования — сбором данных и составлением карт. Исходная информация берется из таких источников, как аэрофотосъемка, цифровое дистанционное зондирование, геодезические работы, словесные описания и зарисовки, данные статистики и т. д. Использование компьютера и других электронных устройств, например дигитайзера или сканера, позволяет проводить подготовку исходных данных для записи или кодирования точек, линий и областей к их дальнейшему использованию. Кроме того, источниками могут быть готовые цифровые карты, цифровые модели рельефа, цифровые фотоснимки и др.

Вторая подсистема — подсистема хранения и выборки — основана на СУБД. В ГИС подсистема хранения и выборки позволяет делать запросы, возвращающие только нужную контекстно-связанную информацию, она переносит акцент с общей интерпретации информации на формулирование адекватных запросов.

Анализ данных чаще всего является преимуществом пользователя. Подсистема анализа позволяет значительно упростить и облегчить анализ пространственно-связанных данных, практически исключить ручной труд и в значительной мере упростить расчеты, выполняемые пользователем. Подсистема анализа во многом определяет эффективность ГИС. ГИС-анализ использует потенциал современных компьютеров, сравнение и описание информации, хранящейся в БД, которые дают быстрый доступ к исходным данным и позволяют агрегировать и классифицировать данные для дальнейшего анализа.

После выполнения анализа нужно представить его результаты. В картографии, будь то традиционная бумажная картография или ее цифровой эквивалент, компьютерная картография, выходной продукт в целом тот же — карта. Подсистема вывода позволяет компоновать результирующие данные в любой удобной для пользователя форме: в виде таблиц, диаграмм, графиков и т. п.

Карта является основным языком географии. Следовательно, это основной язык компьютеризированной географии. Эта графическая форма представления пространственных данных состоит из различных координатных систем, проекций, наборов символов, методов упрощения и генерализации. Карта служит моделью пространственных явлений, абстракцией.

Все реальные объекты отображаются на картах какими-либо условными знаками — примитивами. В ГИС применяют набор базовых геометрических примитивов, из которых создают все остальные, более сложные. Набор базовых примитивов обычно включает в себя точки, линии, полигоны и поверхности.

Точечные объекты — это такие объекты, каждый из которых расположен только в одной точке пространства. Примером таких объектов могут быть деревья, дома, перекрестки дорог и многие другие. О таких объектах говорят, что они дискретные, в том смысле, что каждый из них может занимать в любой момент времени только определенную точку пространства. В целях моделирования считают, что у таких объектов нет пространственной протяженности, длины или ширины, но каждый из них может быть обозначен координатами своего местоположения. В действительности все точечные объекты имеют некоторую пространственную протяженность, пусть самую малую, иначе мы просто не смогли бы их увидеть. Принимаем отсутствие длины и ширины так, что, например, при измерениях атмосферного давления, характеризуемых потенциально бесконечным количеством точек, сами точки всегда занимают определенные местоположения без каких-либо перекрытий. Масштаб, при котором мы наблюдаем эти объекты, задает рамки, определяющие представление этих объектов как точек. Например, если смотреть на дом с расстояния нескольких метров, то сооружение выглядит внушительным и имеет существенные длину и ширину. Но это представление изменяется, когда вы начинаете отдаляться: чем дальше, гем меньше дом выглядит как площадной объект, тем больше как точечный.

Линейные объекты представляются как одномерные в координатном пространстве. Такими одномерными объектами могут быть дороги, реки, границы, изгороди, любые другие объекты, у которых один из геометрических параметров существенно больше другого. Масштаб, при котором мы наблюдаем эти объекты, опять же обусловливает порог, при пересечении которого мы можем считать эти объекты не имеющими ширины. Как известно, реки, дороги, изгороди имеют два измерения при близком рассмотрении. Но чем дальше мы от них, тем тоньше они становятся. Постепенно они становятся такими тонкими, что оказывается возможным представить их себе в виде линейных объектов. Другие линии, такие как политические границы, вообще не имеют ширины. В действительности эти линии даже не являются материальными сущностями, а возникают как следствие политических соглашений.

Для линейных объектов, в отличие от точечных, мы можем указать пространственный размер простым определением их длины. Кроме того, поскольку они не занимают единственное местоположение в пространстве, мы должны знать по меньшей мере две точки — начальную и конечную — для описания местоположения линейного объекта в пространстве. Чем сложнее линия, тем больше точек потребуется для указания точного ее расположения. Опираясь на геометрию, мы можем также определять формы и ориентации линейных объектов.

Линейные объекты могут быть замкнутыми (контуры) или незамкнутыми (линии).

Объекты, рассматриваемые с достаточно близкого расстояния, чтобы иметь и длину и ширину, называются полигонами, или площадными объектами. Примеры этих двумерных объектов: территории, занимаемые двором, городом или целым континентом. При определении местоположения полигона в пространстве мы обнаруживаем, что его граница является линией, которая начинается и кончается в одной и той же точке. Помимо указания местоположения областей через использование линий мы можем себе представить теперь три характеристики: как и для линий, мы можем указывать их форму и ориентацию, а теперь еще и значение площади, которую область занимает.

Добавление нового измерения — высоты — к площадным объектам позволяет наблюдать и фиксировать поверхности. Хотя можно рассматривать дом с близкого расстояния и описывать в терминах его общей длины и ширины, нам часто нужно знать, сколько в нем этажей. В таком случае нам нужно рассматривать дом не как плоскую область, а как трехмерный объект, имеющий длину, ширину и высоту.

Поверхности окружают нас повсюду. Холмы, долины, гряды гор, скалы и множество других образований могут описываться указанием их местоположения, занимаемой площади, ориентации — и теперь, с добавлением третьего измерения, их высот.

Поверхности состоят из бесконечного количества точек со значениями высот. Мы говорим, что они непрерывны, поскольку эти точки распределены без разрывов, но всей поверхности (рис. 4.3). В действительности, поскольку высота трехмерного объекта изменяется от точки к точке, мы можем также измерять значение изменения высоты с перемещением от одного края к другому. Имея такую информацию, мы можем определить объем материала в выбранном образовании. Возможность таких вычислений весьма полезна, когда нам нужно узнать, например, как распределены жители по площади региона.

Рис. 4.3. Непрерывные и дискретные поверхности.

Важно В ГИС каждый примитив или созданный на их основе объект помимо специфических картографических данных содержит информацию, необходимую для решения задач планирования и управления в соответствующей предметной области.

Геопространственные данные — это набор данных, которые индивидуально или в определенной совокупности определяют географическое положение, форму и содержание реальных пространственных объектов. Они содержат четыре интегрированных компонента: 1) местоположение; 2) свойства и характеристики; 3) пространственные отношения; 4) время.

Основным способом определения расположения объектов на местности является задание их координат (широта, долгота и высота над уровнем моря). Поверхность Земли имеет сложную форму. При составлении карт пространственное положение точек отображается в плоскостном представлении, для чего используются различные математические модели поверхности, задающие различные картографические проекции. Процедуры пересчета координат для различных проекций, трансформации картографических проекций относятся к наиболее сложным математическим операциям.

Электронные карты отличаются от бумажных возможностью масштабирования. Масштаб — это отношение длины некоторого отрезка на карте к длине того же отрезка на земле. С уменьшением масштаба на электронной карте отображается более детальная информация, и наоборот. Это расширяет круг решаемых задач. Например, можно спланировать маршрут как между городами, так и детально по городским улицам.

Картографические объекты содержат информацию не только о том, как они занимают пространство, но и о том, чем они являются и насколько они важны для рассмотрения. Например, дерево, обозначенное как точечный объект, может быть отнесено к определенному классу на основе таксономической терминологии, т. е. дуб, сосна и т.н. Дополнительная непространственная информация, помогающая нам описывать объекты, наблюдаемые в пространстве, образует набор атрибутов объектов.

Атрибуты объектов распределяются по категориям, а затем классифицируются. Это делается для того, чтобы можно было сказать, что определенный объект с определенным названием и с некоторыми измеримыми атрибутами существует в определенном месте. Но перед тем как присвоить эти атрибуты объектам, нужно знать, как их измерять. Иначе нельзя будет сравнить объекты в одном месте с объектами в другом месте.

Существует устоявшаяся основа для измерения практически всех видов данных, в том числе и географических. Эти так называемые шкалы измерения данных простираются от простого именования объектов до высокоточных измерений, позволяющих непосредственно сравнивать качество различных объектов. Используемая шкала измерений будет определяться отчасти типом классификации, отчасти необходимой информацией и отчасти возможностями производить измерения при заданном масштабе наблюдения.

Номинальная шкала, из названия которой следует, что объекты различаются по именам, позволяет говорить о том, как называется объект, но не позволяет делать прямого сравнения объектов.

Если необходимо провести более топкое сравнение объектов, то следует выбрать более высокую шкалу измерений. Таковой является порядковая шкала, позволяющая проводить качественное сравнение от лучшего к худшему для данного конкретного вопроса. Если необходима более высокая точность в измерениях, то нужно воспользоваться интервальной шкалой измерения, в которой измеряемым величинам приписываются численные значения. Как и в случае порядковой шкалы, здесь тоже можно сравнивать объекты, но сравнения могут осуществляться с более точной оценкой различий.

Представление пространственных данных может быть выполнено с помощью растровой или векторной моделей.

Растровая модель использует квантование, или разбиение пространства на множество элементов, каждый из которых представляет малую, но вполне определенную часть земной поверхности. Этот растровый метод может использовать элементы любой подходящей геометрической формы (обычно это квадрат) при условии, что они могут быть соединены для образования сплошной поверхности, представляющей все пространство изучаемой области.

Растровые структуры данных не обеспечивают точной информацией о местоположении, поскольку географическое пространство поделено на дискретные ячейки конечного размера. Вместо точных координат точек есть отдельные ячейки растра, в которых эти точки находятся. Линии, т. е. одномерные объекты, изображаются как цепочки соединенных ячеек. Каждая точка линии представляется ячейкой растра, и каждая точка линии должна находиться где-то внутри одной из ячеек растра.

В растровых моделях атрибутивная информация «привязывается» к каждой ячейке.

Векторная модель позволяет задавать точные пространственные координаты явным образом. Здесь подразумевается, что географическое пространство непрерывно, а не разделено на дискретные ячейки. Это достигается приписыванием точкам пары координат (X и У) координатного пространства, линиям — связной последовательности пар координат их вершин, областям — замкнутой последовательности соединенных линий, начальная и конечная точки которой совпадают. Векторная структура данных показывает только геометрию картографических объектов. Каждый объект связан с соответствующими атрибутивными данными, хранящимися в отдельном файле или в БД. В векторных структурах данных линия состоит из двух пар координат (или больше). Для одного отрезка достаточно двух пар координат, дающих представление о положении и ориентации в пространстве. Более сложные линии состоят из некоторого числа отрезков, каждый из которых начинается и заканчивается парой координат. Таким образом, видно, что векторные модели лучше отражают положение объектов в пространстве, они точнее.

Хотя некоторые линии существуют самостоятельно и имеют определенную атрибутивную информацию, другие, более сложные наборы линий, называемые сетями, содержат также дополнительную информацию о пространственных отношениях этих линий. Например, дорожная сеть содержит не только информацию о типе дороги и ей подобную, она показывает также возможное направление движения. Другие коды, связывающие эти отрезки, могут включать в себя информацию об узлах, которые их соединяют. Все эти дополнительные атрибуты должны быть определены, но всей сети, чтобы компьютер знал присущие реальности отношения, которые этой сетью моделируются. Такая явная информация о связности и пространственных отношениях называется топологией.

Площадные объекты могут быть представлены в векторной структуре данных аналогично линейным. Соединяя отрезки линии в замкнутую петлю, в которой первая пара координат первого отрезка является одновременно и последней парой координат последнего отрезка, можно создать область, или полигон. Как с точками или линиями, так и с полигонами связывается файл, содержащий атрибуты этих объектов.

Векторные и растровые модели данных в зависимости от ГИС могут в той или иной степени преобразовываться одна в другую, хотя чаще всего преобразование предусматривается только для печати графических данных.

Цифровая карта может быть организована как множество слоев. Слои в ГИС являются типом цифровых картографических моделей, которые построены на основе объединения пространственных объектов или набора данных, имеющих общие свойства или функциональные признаки. Совокупность слоев образует интегрированную основу графической части ГИС (рис. 4.4). Принадлежность объекта или части объекта к слою позволяет использовать общие свойства и выполнять действия сразу со всеми объектами данного слоя.

Рис. 4.4. Пример слоев в геоинформационной системе

Слои могут иметь как векторные, так и растровые форматы. Однако надо учитывать, что большинство ГИС допускает растровый формат только для одного — фонового слоя (подложки).

На рынке программного обеспечения представлено достаточно большое количество компьютерных программ на основе ГИС-технологий для планирования маршрутов движения ПС. Их основные отличия заключаются в следующем.

В первую очередь — в степени интеграции с системой управления предприятием или как минимум с АСУ ТП, что необходимо для обеспечения возможности автоматизированного контроля выполнения плана, анализа результатов работы по клиентам, задействованным транспортным средствам и водителям, натуральным и экономическим показателям.

Отличием является также и реализация в виде локальной программы или веб-интерфейса. Последнее позволяет располагать картографический материал на сервере с доступом по сети Internet, что существенно облегчает его обновление.

Учет оперативных данных о дорожной ситуации при планировании маршрутов позволяет более реально планировать время движения ПС. Использование в этом случае данных соответствующих общедоступных веб-сервисов (например, «Яндекс-пробки») не всегда обеспечивает достоверными сведениями, лучше их дублировать собственной статистикой, обрабатывая данные записанных треков с навигаторов ПС.

Пользователь для использования программы может приобрести требуемое количество лицензий или оплачивать веб-доступ в виде абонентской платы или за разовые расчеты.

Система ANTOR LogisticsMaster^[1] предназначена для автоматизации планирования маршрутов доставки продукции.

Система позволяет крупным и средним предприятиям, осуществляющим доставку товаров клиентам или транспортировку грузов на торговые точки и склады, автоматизировать процессы управления доставкой и планирования маршрутов, оптимально загружать весь парк транспортных средств, обеспечивать своевременную доставку продукции клиентам, эффективно контролировать работу водителей и экспедиторов.

Составление маршрутов ANTOR LogisticsMaster осуществляется на основе заявок (заказов) на доставку, которые могут быть автоматически импортированы из любой внешней учетной системы (1C, MS Navisoin, MS Excel и т. п.) или внесены в «ручном режиме». Для каждой заявки ANTOR LogisticsMaster позволяет учитывать несколько десятков параметров, ограничений и особенностей, в том числе: массу груза и грузоподъемность автомобиля; объем груза и объем кузова автомобиля; время выезда автомобиля со склада; интервал времени доставки товара клиенту; продолжительность разгрузки; параметры движения (среднюю скорость, скорости для отдельных участков дорог и т. п.); расчет протяженности и продолжительности маршрута (км и ч).

При этом могут учитываться такие ограничения, как максимальное количество заказов (клиентов) на каждом маршруте, максимальная протяженность каждого маршрута, максимальная продолжительность каждого маршрута (ч/мин); максимально допустимое время опоздания в торговую точку, максимально допустимое время простоя, максимально допустимая перегрузка автомобиля, максимальное количество рейсов одного автомобиля в течение дня, закрепление автомобилей/водителей за определенными зонами, наличие пропуска у автомобиля на территории с ограниченным доступом, учет оплаты наличными, объединение нескольких заказов по одному адресу, по коду клиента.

В ходе планирования ANTOR LogisticsMaster происходит распределение заявок по отдельным рейсам, осуществляется геокодирование (привязка рейсов к картографической основе, транспортному графу и адресной базе).

Система ANTOR LogisticsMaster автоматически формирует отчетные документы по результатам планирования рейсов. К стандартным относятся отчеты об описании маршрута (подробно описывается каждый рейс с указанием времени и протяженности пути следования автомобиля при обслуживании клиентов), о расписаниях маршрутов (предназначенного для диспетчера и содержащего информацию обо всех запланированных рейсах), о маршрутном листе для каждого рейса (с данными о водителе, государственном номере автомобиля, названии получателя и его адресе, массе и объеме груза, планируемом времени прибытия к клиенту, общем времени на линии, протяженности маршрута), отчеты о заказах (с информацией об очередности доставок, названии получателя и его адресе, номере автомобиля, данных о водителе), а также отчет о подробном описании маршрута (предназначенный для водителя и содержащий название и адрес получателя, массу груза и фрагмент карты с нанесенным на нее маршрутом следования).

Проконтролировать фактическое выполнение плана можно с помощью интеграции ANTOR LogisticsMaster с системой мониторинга транспорта и мобильных объектов ANTOR MonitorMaster. Комбинированное использование данных программ предоставляет возможность для специалистов и диспетчеров наглядного сравнения запланированных и фактических маршрутов на электронной карте в режиме «план-факт», что позволяет выявить все отклонения от плана, а также решить ряд контрольных и аналитических задач.

Аналогичные функциональные возможности предоставляют и другие широко распространенные в АТО и у грузовладельцев розничных товаров программные продукты «Регион: Планирование доставки грузов»^[2], TopLogistic 7.0 и TopPlanGPS Monitoring^[3] и т. д.

Некоторые программные продукты предлагают веб-доступ для планирования работы ПС, например: Astra-Express^[4], «Муравьиная логистика»^[5] и т. д.

• [1] Официальный сайт разработчика — компании «АПТОР БИЗНЕС РЕШЕНИЯ»: http://www.antor.ru/products/planirovanie-marshrutov-gruzoperevozok/
• [2] URL: http://www.routeregion.ru
• [3] URL: http://www.toplogistic.ru/
• [4] URL: http://astra-routing.ru/astraexpress.html
• [5] URL: http://www.ant-logistics.com.ua/main.html