Актуальность работы. В настоящее время ставится задача усиления железнодорожной составляющей в формировании транспортной политики государства, а также конкурентноспособной интеграции российских железных дорог в европейское транспортно-экономическое пространство. В решении указанных задач важную роль играет информационная поддержка. Однако в области информационного обеспечения недостаточно развиты стандарты по взаимодействию национальных баз данных между собой и с базами сторонних операторов, пользователей услуг железнодорожного транспорта, с органами и ведомствами, имеющими отношение к процессу перевозки, что приводит к значительным затруднениям в обработке информации, неэффективному использованию вычислительных ресурсов. В системе контейнерных перевозок с её глобальной инфраструктурой задействовано большое количество разрозненных субъектов и видов транспорта, поэтому главной задачей можно назвать их информационное объединение.
В области системного анализа — основного инструмента диссертации, следует отметить классические работы Берталанфи JI. [3], Месаровича М. 72], Оптнера С. [79], Бусленко Н. П. [8], Волковой В. Н. 10], Перегудова Ф. И. [84], Тарасенко Ф. П., Спицнадель В. Н. [92] и др. В решении задач управления железнодорожными перевозками и их информационного обеспечения принимали участие: Петров А. П., Буянов В. А., Угрюмов Г. А., Тишкин Е. М., Тулупов Л. П., Иловайский Н. Д., Писарев А. П., Рыбаков О. М., Гапанович В. А., Осьминин А. Т., Мишарин A.C. и др.
На современном этапе интеграционные задачи решаются на основе онтологического подхода. Большой вклад в развитие онтологий внесли такие зарубежные учёные как Gruber Т., Guarino N., Lenat D. В., Guha R. V., Noy N., McGuinness. D., Smith B., Calvanese D. Следует отметить работы российских учёных: Гавриловой Т. А., Хорошевского В. Ф., Когаловского М. Р., Тузовского.
В. Ф., Ямпольского В. 3., Серебрякова В. А., Калиниченко Л. А., Массель Л. В.,.
Макагоновой H. H., Скрипкина C. K. и др. Онтологии нашли применение в области больших систем энергетики (Ворожцова Т.Н.), медицинской диагностики (Клещев A.C., Москаленко Ф.М.) и др.
Представляется перспективным применение онтологического подхода в решении задач управления контейнерными перевозками и обеспечения более высокого уровня взаимодействия между ключевыми процессами.
Объект исследования в диссертации — железнодорожная система управления контейнерными перевозками и её информационное обеспечение.
Предметом исследования является онтологическое моделирование и кодирование подвижного состава на основе систематики.
Цель диссертации: повышение эффективности управления контейнерными перевозками за счет совершенствования структуры системы информационного обеспечения на основе концепции систематики и онтологического подхода. '.
Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:
— выполнить анализ использования действующих информационных систем.
ИС) на железнодорожном транспорте, подходов к интеграции информационных ресурсовисследовать возможность использования онтологий для построения модели данных и представления знаний на железнодорожном транспорте;
— разработать метод создания онтологий на основе привлечения возможностей систематикиразработать систематику и кодирование контейнеров с целью обеспечения полноты охвата транспортных модулей;
— разработать обобщённую онтологию верхнего уровня, онтологическую модель предметной области, схему интеграции разнородных данных прикладной задачи на примере контейнерного терминала.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы системного анализа, онтологический подход, синергетические методы представления структуры сложных систем, теория графов, теория систем баз данных, информационное моделирование, методы систематики и кодирования.
Научную новизну составляют и на защиту выносятся следующие положения:
1. Впервые предложено использовать возможности систематики предельно полно представлять некоторую область знания для создания научно обоснованной методики построения онтологий разных уровней.
2. Обобщённая онтология верхнего уровня (ОВУ), содержащая наиболее общие научные категории, упорядоченные по рангам, с указанием выхода на практические ОВУ и на онтологии предметных областей.
3. Систематика и структура инвентаризационного кодирования контейнеров железнодорожного транспорта, позволяющая единообразно идентифицировать контейнеры и прочие транспортные средства.
Направление работы определено Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2007;2012 годы»:
1.2. «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела по информационным технологиям»;
5.1. «Развитие информационной инфраструктуры хранения и передачи новых знаний», утверждённой постановлением Правительства Российской Федерации от 17 октября 2006 г. (№ 613).
Личный вклад. Положения, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором. Совместно с д-ром техн. наук, профессором Б. П. Корольковым выполнена первоначальная постановка задачи объединения возможностей систематики и онтологического подхода, ориентированных на поддержку взаимодействия между транспортными информационными системами.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались на V Всероссийской научно-технической конференции.
Политранспортные системы" (2007 г., Красноярск, СФУ) — Х1-Х1У.
Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (2007;2010 г., Санкт-Петербург, СПбГПУ) — XII-XV Байкальской всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (2007;2010 г., ИСЭМ СО РАН) — Межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (2009 г., Иркутск, ИрГУПС), на семинарах кафедры «Управление эксплуатационной работой» ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» в 2007;2010 годах.
Достоверность разработок подтверждается сопоставлением предложенных подходов к систематике и кодированию подвижного состава, построению иерархии, онтологий ИС с существующими практическими схемами.
Практическая значимость. Предложенная методика разработки и построения онтологий всех уровней с использованием совокупности систематик предметных областей, общенаучных категорий способствует единообразному представлению знаний в информационных системах, обеспечивает прикладную сторону разработки моделей ИС. Материалы работы используются в учебном процессе института Информационных технологий ИрГУПС. Построена онтологическая модель функционирования контейнерного терминала Агентства на ст. Батарейная — филиала ОАО «ТрансКонтейнер» на Восточно-Сибирской железной дороге. На результаты диссертационного исследования получены положительные отзывы службы коммерческой работы в сфере грузовых перевозок ВСЖД — филиала ОАО «РЖД» и Агентства на ст. Батарейная — филиала ОАО «ТрансКонтейнер» на Восточно-Сибирской железной дороге.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных положений диссертационных работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 128 наименований и четырёх приложений. Общий объём работы составляет 150 страниц, в том числе 36 рисунков, 6 таблиц.
4. 4. Выводы по четвёртой главе.
1. Для объединения основных транспортных подсистем и обеспечения более высокого уровня взаимодействия между ключевыми процессами в работе предлагается использовать онтологии, обеспечивающие интероперабельность.
2. Структура идентификационного кодирования транспортных средств, основанная на разработанной систематике подвижного состава, использована при организации логической модели данных. Она позволяет хранить сведения о транспортных средствах в единой форме.
3. Проведено информационное обследование предметной области контейнерных перевозок, с использованием онтологической модели разработаны инфологическая, даталогическая модели задачи «Отправление контейнера». Структурная модель процесса отправления контейнера выполнена с помощью БРЭ-диаграмм с использованием СА8Е-средств ВР-'Мп. Данные модели реализованы для разработки прототипа базы данных контейнерного терминала.
4. Приведена архитектура системы семантического объединения данных на основе онтологий, продемонстрирована схема получения ответа на запрос в системе семантического объединения разнородных данных с использованием онтологий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В диссертации решена важная научно-техническая задача совершенствования информационной структуры контейнерных перевозок на основе транспортной систематики, единообразного инвентаризационного кодирования и применения онтологий для интеграции разнородных данных.
1. Выполнен системный анализ проблемы использования действующих информационных технологий на железнодорожном транспорте, современных подходов к моделированию систем, основанных на знанияхпредложено использовать онтологии как средство универсализации представления в базах знаний иерархических систем и их семантической интеграции для условий железнодорожного трансцорта.
2. Разработаны систематика контейнерного парка и структура инвентаризационного кодирования контейнеров, дополняющие существующие системы идентификации железнодорожного подвижного состава с ходовой частью.
3. Методика систематики применена для продвижения процесса формализации извлечения знаний. Разработана обобщенная плоскостная ОВУ на основе наиболее общих научных категорий и их атрибутов: Обоснована необходимость построения более ёмкой трёхмерной систематики ОВУ. Разработаны объёмные (трёхосевые) схемы совокупностей атрибутов понижающихся рангов, которые упорядочивают, делают наглядными и расширяют возможности конструирования практических онтологий.
4. Построена онтология работы контейнерного терминала на примере терминала Агентства на станции Батарейная — филиала ОАО «Трансконтейнер» на ВСЖД. Показана возможность реализации онтологии задачи нижнего уровня и её связи с онтологиями предметной области и верхнего уровня. Проведено исследование информационного обеспечения подсистемы контейнерных перевозок, на основе онтологии разработаны инфологическая, даталогическая модели задачи «Отправление контейнера». Данные модели реализованы при создании прототипа базы данных. Представлена концепция семантического объединения данных на основе онтологий.
