Автоматизированная система управления промышленным производством асфальтобетонных смесей по результатам мониторинга состояния автомобильных дорог

Диагностика автомобильных дорог является основой системы управления состоянием автомобильных дорог, в том числе планирования, распределения и использования средств, направляемых на содержание, ремонт и реконструкцию дорог, оптимизацию программ дорожных работ. Цель диагностики и оценки состояния автомобильных дорог состоит в получении полной, объективной и достоверной информации о транспортно-эксплуатационном состоянии дорог, условиях их работы и степени соответствия фактических потребительских свойств, параметров и характеристик требованиям движения. Результаты диагностики являются основой управления состоянием автомобильных дорог и исходной базой для эффективного использования средств, направляемых на совершенствование и развитие дорожной сети. Транспортно-эксплуатационное состояние дороги — комплекс фактических значений параметров и характеристик технического уровня и эксплуатационного состояния на момент обследования и оценки, обеспечивающих её потребительские свойства.

Поддержание на должном эксплуатационном уровне автомобильной дорожной сети является важной задачей, от решения которой зависит безопасность движения. Основной задачей системы обработки данных для автоматизации технологических процессов мониторинга дорожной сети является сбор и систематизация данных об элементах автодорожной сети, обработка собранных данных с целью прогнозирования затрат материалов на ремонт и, как следствие, прогнозирование объемов производства материалов ремонта, что и определяет актуальность исследований.

Цель и основные задачи исследования

Целью работы является повышение эффективности мониторинга дорожного полотна за счет создания автоматизированной системы обработки данных, которое включает: уточнение количественно-качественных показателей основных элементов автомобильных дорогорганизацию систематических наблюдений за объектами мониторинга с регистрацией изменений в эксплуатационном состоянии элементов обустройства, материалов, конструкций, возникших за период между наблюдениямипланирование ремонтных работ на участках обследуемых автомобильных дорогпрогнозирование затрат производства материалов, требующихся для проведения ремонтных работ.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие задачи:

1. Сравнительный анализ и исследование различных способов сбора визуальной информации о состоянии объектов с целью выбора рационального решения, позволяющего провести наиболее полную автоматизированную обработку;

2. Разработка и реализация алгоритмов распознавания элементов, принадлежащих объектам автомобильных дорог и элементов обустройства;

3. Реализация функции прогнозирования расхода материалов на ремонт по данным вычисленных дорожных характеристик на базе регрессионных моделей, с использованием связи системы с внешними математическими пакетами.

4. Разработка базы данных для хранения информации о проведенных измерениях дорожной лаборатории, хранения значений вычисленных дорожных характеристик, а также характеристик дорожных объектов;

5. Разработка специализированного программного обеспечения, позволяющего регистрировать количественно качественный состав элементов, определять геометрию элементов, вычислять заданные характеристики качества дороги;

Научная новизна

Научная новизна состоит в теоретической и практической реализации методов бесконтактной диагностики и оценки эксплуатационного состояния автомобильных дорог. На защиту выносятся:

• методы прогнозирования расходов материалов на ремонтные работы участков работ;

• методы распознавания дорожной разметки, трещин, дорожных заплаток;

• методы расчета характеристик продольной ровности дорожного полотна;

• алгоритм вычисления поперечной ровности дорожного полотна;

• база данных для хранения данных измерений проведенных дорожной лабораторией, информации о характеристиках дороги, а также технико-эксплуатационного состояния.

Теоретическая и методологическая основа исследования

Теоретической и методологической основой исследования являются методы технического зрения, многомерного статистического анализа, системного анализа, математических методы распознавания и анализа изображений, регрессионного анализа, теории баз данных.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Они представляют непосредственный интерес в области автоматизации мониторинга дорожного полотна. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде предприятий, а также используются в учебном процессе в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ).

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:

• на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях и семинарах (2005;2011 гг.);

• на заседании кафедры АСУ МАДИ.

Полученные в диссертации результаты позволяют производить оперативный контроль эксплуатационного состояния автомобильных дорог, планировать сроки и объемы производства ремонтных работ, планировать производство необходимых ремонтных материалов дорог.

Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, моделей и методик.

Выводы по главе 4

1. Разработана архитектура автоматизированной системы. Выделены подсистемы в составе автоматизированной системы. Описаны основные компоненты системы обработки данных для автоматизации технологических процессов мониторинга автомобильных дорог.

2. Разработан интерфейс автоматизированной системы. Реализована концептуальная модель архитектуры системы при помощи технологии MDI. Разработана объектная модель дороги. Рассмотрена работа системы буферизации данных лаборатории при обработке их системой обработки данных.

3. Описан состав программного и аппаратного обеспечения. Для обработки данных дорожной лаборатории написан конвертор базы данных. Описан интерфейс конвертора. Описана сетевая архитектура системы. Приведены требования к аппаратной части и программному обеспечению для полноценной работы системы.

4. Реализована система отчетной документации. Рассмотрены типы отчетов в системе. Описан метод программной реализации создания отчетов в системе с использованием в приложении библиотек типов.

Заключение

В итоге выполнения работ, отраженных в данной диссертации, получены следующие основные результаты, определяющие научную новизну и ее практическую значимость:

1. Проведен сравнительный анализ и исследование различных способов сбора визуальной информации о состоянии объектов дорожного полотна с целью выбора рациональных решений по формированию планов ремонтных работ с использованием.

2. Разработаны алгоритмы распознавания элементов, принадлежащих объектам автомобильных дорог и элементов обустройства, а также вычисления поперечной и продольной ровности дорожного полотна, распознавания дорожной разметки, трещин, дорожных заплаток и др.

3. На базе регрессионных моделей с использованием интерфейсного взаимодействия с математическими пакетами реализованы функции прогнозирования расхода материалов на ремонт по вычисленным показателям дорожных характеристик.

4. Разработана базы данных для хранения информации о проведенных измерениях дорожной лаборатории, хранения значений вычисленных дорожных характеристик, а также характеристик дорожных объектов.

5. Разработано специализированное программное обеспечение, позволяющее регистрировать количественно качественный состав элементов, определять геометрию элементов, вычислять заданные характеристики качества дороги.