ПРОБЛЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ АВТОРДОРОЖНЫМ ХОЗЯЙСТВОМ РЕГИОНОВ

Бирюков Дмитрий Сергеевич

канд. техн. наук, старший консультант, НИСИ, г. Киев, Украина

Е-mail:

Заславский Владимир Анатольевич

д-р техн. наук, профессор, КНУ имени Тараса Шевченко, г. Киев, Украина

Е-mail:

Сидляренко Андрей Игоревич

аспирант, КНУ имени Тараса Шевченко, г. Киев, Украина

Е-mail:

PROBLEMS OF DECISION MAKING SUPPORT FOR ROAD FACILITIES MANAGEMENT IN REGIONS

Dmytro Biriukov

Candidate of Technical Science, Senior Consultant, NISS, Kyiv, Ukraine

Volodymyr Zaslavskii

Doctor of Technical Science, Professor, Taras Shevchenko National University of Kyiv, Ukraine

Andrii Sidlyarenko

PhD Student, Taras Shevchenko National University of Kyiv, Ukraine

АННОТАЦИЯ

В работе мы рассматриваем проблемы разработки и внедрения математического и программного обеспечения при автоматизации процессов информационной поддержки управления автодорожным хозяйством в регионах Украины.

ABSTRACT

In paper we consider problems of development and implementation of mathematical methods and software for automation processes of information support of road facilities management in regions of Ukraine.

Ключевые слова: автодорожное хозяйство; модели и методы оптимизации; информационные технологии и управление.

Keywords: road facilities; optimization models and methods; information technologies and management.

1. Введение

Строительство автомобильных дорог, как показывают многочисленные исследования и практика их эксплуатации, оказывает позитивный мультиплицирующий эффект на социально-экономическое развитие регионов, территорий и отдельных населенных пунктов [12]. На сегодняшний день в странах СНГ капиталовложения в крупномасштабные инфраструктурные проекты, такие как строительство или капитальный ремонт транспортных коридоров и автомобильных магистралей, осуществляется преимущественно за счет государственного бюджета. Это вызвано рядом экономических причин, в первую очередь: длительностью срока окупаемости инвестиций при значительных объемах требуемых капиталовложений [13]. Так стоимость строительства одного километра автомобильной дороги в Украине составляет в среднем 5 млн. долл. США [8] и может варьироваться в зависимости от категории автодороги (количества полос, типа и ширины покрытия), наличия искусственных сооружений, рельефа местности, необходимости выкупа земель и построек, переноса коммуникаций и пр.

В работах экономистов отмечается, что потенциал автодорожной сети Украины используется не в полной мере эффективно, а наиболее перспективное направление – развитие транспортных коридоров требует значительных инвестиций [14]. Сеть автомобильных дорог общего назначения в Украине по протяженности и плотности покрытия территорий обеспечивает местные транспортные связи, но не соответствует современным требованиям по скорости движения, безопасности и комфорту прилегающей инфраструктуры. Государственная целевая экономическая программа развития автомобильного транспорта определяет направления, средства и механизмы развития автодорожной отрасли [15]. Среди приоритетных задач выделяются: создание соответствующих международным нормам транспортных коридоров, развитие придорожной инфраструктуры, повышения качества автомобильных дорог.

В связи с этим в условиях ограниченных ресурсов актуальным является создание и внедрение средств и методов поддержки принятия решений для научно-технического сопровождения автодорожного хозяйства, которые основываются на использовании информационного и математического обеспечения, а также территориально распределенных программно-аппаратных комплексов.

2. Информационный аспект управления автодорожным хозяйством регионов

Если посмотреть на поставленную задачу в более широком плане, то следует отметить, что идеи комплексного управления экономикой (отдельными её отраслями) на основе математического моделирования и широкого использования вычислительной техники активно развивались с начала 60-х годов прошедшего столетия [9, 10]. В первую очередь большое значение в этом плане имеет опыт создания в СССР общегосударственной автоматизированной системы управления (ОГАС) [4]. По совокупности различных причин (управленческие сложности внедрения системы, отсутствие компьютерных сетей и вычислительных машин, соответствующего программного обеспечения) ОГАС не была реализована. Не смотря на это, в СССР в 70—80-х годах было создано и внедрено множество автоматизированных систем управления на предприятиях и организациях, принадлежащих к разным отраслям экономики, государственного управления, обороны [5]. В отличие от ОГАС, в начале 70-х под научным руководством создателя Модели жизнеспособной системы С. Бира [1] в Чили был реализован проект Киберсин. В рамках этого проекта менее чем за год около 70 % экономики страны, включая примерно 400 промышленных предприятий, было охвачено кибернетической системой с единой компьютерной сетью [18].

С развитием информационных технологий, снижением стоимости аппаратного обеспечения, распространением компьютерных сетей, а также в условиях внедрения и нормативно-правовой поддержки концепции электронного правительства эти идеи переживают ренессанс в научном и технологическом мире. В условиях открытой конкурентной (рыночной) экономики необходимо вносить коррективы в процедуры функционирования таких систем, поскольку для плановой экономики риски и неопределенность не так существенны как при рыночных отношениях.

Рассматривая информационные потоки Укравтодора (государственной организации, отвечающей за управление автодорожным хозяйством Украины), можно определить следующие основные элементы информационных потоков и циклов документооборота (рис. 1). Отправным этапом каждого цикла можно считать представление отчетов из регионов, а завершающим - формирование аналитических отчетов на основе представленных регионами годовых отчетов.

Рис 1. Упрощенная схема информационного обмена между организационными подсистемами Укравтодора

Значительное число разнообразие показателей в отчетах создает принципиальную сложность аналитической обработки информации и ее представления для принятия решений. Поэтому автоматизированная (или полуавтоматизированный режим) обработка и визуализация данных, представляемых региональными службами автомобильных дорог в центр - Укравтодор, качественно улучшает оперативность принятия управленческих решений, позволяет сократить время на обработку информации и уделять больше времени для её качественного анализа и динамики изменения.

3. Программные средства поддержки принятия решений при управлении автодорожным хозяйством регионов

Разработанная в 2011 г. пилотная версия информационно-аналитической системы (ИАС) Укравтодора – это распределенная на основе технологий клиент-сервер программная система с поддержкой многих пользователей, администрированием прав их доступа к разнообразным функциям и работе с базами данных (БД). ИАС имеет модульную структуру, в состав которой входят подсистемы управления пользователями, управления модулями (программными компонентами), управления параметрами (показателями) и хранилищем данных, разнообразные функциональные модули, которые реализуют конкретные задачи обработки информации (рис.2).

Рис.2. Взаимодействие основных компонентов программного

комплекса ИАС

Разработанная ИАС включает:

• аппаратное обеспечение (весь комплекс технических средств - процессоры, периферия и др.);
• программное обеспечение (средства, обеспечивающие функции хранения данных, модели и методы анализа, агрегации и визуализации данных);
• данные (качественные и количественные характеристики изучаемого объекта или явления);
• персонал (технические специалисты, которые разрабатывают и поддерживают систему, создают и управляют данными, и, непосредственно, пользователи).

ИАС реализована как централизованная программная система с удаленным "тонким" клиентом на базе веб-браузера и:

• характеризуется открытостью, модульностью построения, интегрированностью, гибкостью, надежностью, технологичностью, преемственностью и возможностью осуществления изолированной разработки;
• предоставляет механизм администрирования доступа пользователей к компонентам и информационным ресурсам системы в соответствии с их должностными обязанностями;
• обеспечивает оптимальное распределение задач обработки данных в вычислительной сети для повышения эффективности ее функционирования;
• обеспечивает копирование и хранение массивов информации в соответствии с требованиями к хранению информации, минимальный объем ручного ввода исходных данных, возможность расширения информационных массивов с учетом перспектив развития системы.

Информационные потоки по занесению и редактированию данных в формах отчетности, реализованные в ИАС Укравтодора, можно представить в схематической форме (рис. 3). В Укравтодоре создаются определенные структуры форм отчетности, которые направляются региональным службам для их заполнения, или в пределах самого Укравтодора при сборе и агрегации информации из нескольких отделов (из разных департаментов).

Рис. 3. Информационный обмен между рабочими местами организации через электронные формы отчетности

До внедрения ИАС было принято собирать отчеты в файлах электронных таблиц формата MS Excel. При этом часть работы по проверке и упорядочению файлов и данных осуществлялись вручную, что приводит к значительным потерям времени, а также ошибкам при обработке данных.

Одной из особенностей ИАС является возможность сохранять, обновлять и обрабатывать большое количество показателей (данных по этим показателям) за несколько периодов отчетности. Из-за того, что набор показателей может меняться, а периодичность отчетности по различным показателям отличается, был разработан механизм формирования электронных форм отчетности, связанный со структурой БД и интерфейсом заполнения форм отчетности.

Важной составляющей ИАС является гео-пространственное представление данных про объекты (дороги и инженерные конструкции, как элементы инфраструктуры) [6]. Разработка средств визуализации процесса принятия решений на основе современных технологий гео-пространственного отображения объектов является весомым шагом для обеспечения эффективности планирования работ по ремонту дорог и инженерных дорожных конструкций. Электронная карта, которая предоставляет возможности отображения и редактирования данных о гео-пространственных объектах (дороги общего назначения, мосты, придорожная инфраструктура, места концентрации ДТП) входит в состав модулей ИАС, открытых для редактирования региональными службами.

Еще одной важной задачей управления является обоснование цены на строительство автомобильных дорог и их ремонт по техническому состоянию. Упростить её решение, а главное – обеспечить корректность расчетов возможно на основе БД по проведенным строительным и ремонтным работам, на что отмечается в работе [17].

4. Математическое обеспечение управления автодорожным хозяйством регионов

В ИАС Укравтодора реализован ряд математических моделей, которые реализуют задачи управления автодорожным хозяйством. Одной из них является задача планирования строительства, реконструкции и ремонта дорог и капитальных сооружений в условиях неопределённости объемов финансирования [3].

Сформулированная модель задачи оптимизации учитывает ряд критериев, по которым принимается решение о сокращении плана работ при ограниченном финансировании. Оценка значений каждого из критериев для каждого объекта может быть осуществлена на основе экспертных суждений. Таких как, социально-экономическая значимость работ, которая включает безопасность движения [11], устранение аварийно-опасных участков на дорогах, вклад в развитие транспортных потоков [7], межгосударственных транспортных коридоров, оценка экономического эффекта на развитие региона (территории) [2], наличие доли финансирования из источников других (не из Государственного бюджета Украины, вообще не бюджетные средства), принадлежность объекта к перечню приоритетных задач, которые выдвигало правительство [15], может оцениваться по градациями: «приоритетная, значительная, умеренно значительная, не имеет высокого значения», а затем приведена к нормированному на отрезке [0, 1] значению. Далее, используя метод анализа иерархий [16], можно определить весовые коэффициенты для критериев: .

В задаче рассматривается следующий критерий:

,

где  - оценка і-того объекта по k-му критерию,  - степень завершенности выполнения работ по і-му объекту.

Соответственно, степень завершенности выполнения работ на каждом из объектов зависит от выполнения плана работ, то есть:

.

Булевая переменная  принимает значение 1, если h-й этап на і-том объекте профинансирован, иначе – .

Функции  ,  характеризуются следующими свойствами:

•  ;
• для любого булевого вектора  более предпочтительного, чем  выполняется неравенство  .

Условие постепенного выполнения этапов (следующий этап может быть выполнен только при условии выполнения всех предыдущих) может быть представлено в следующем виде:

, .

При планировании работ необходимо учитывать их стоимость:

,

где  - стоимость выполнения на і-том объекте запланированных работ на h - том этапе.

Если реальные объемы финансирования составят некоторую величину , меньшую чем  (стоимость выполнения всех этапов по всем объектам), то задача оптимизации состоит в нахождении такого плана , который максимизирует критерий

при условиях:

,

, ,

В условиях неопределенности объемов недофинансирования, может быть поставлена такая задача [3]: найти для заданных  () оптимальные планы , для которых будет выполняться дополнительное условие «наращивания»: . Выполнение такого условия позволяет постепенно «наращивать» план выполнения работ при поступлении очередного объема финансирования.

5. Выводы

Повышение эффективности принятия управленческих решений в области автодорожного хозяйства требует использования современных информационных технологий и программных средств. В соответствии с этим требованием в Укравтодоре создана и внедряется ИАС, которая позволяет повысить оперативность, обоснованность и, как результат, эффективность принятия решений в области управления автодорожного хозяйства. Актуальность выполненной работы состоит в разработке и внедрении средств обработки и анализа информации от региональных источников, её консолидации в едином информационном пространстве с широкими возможностями для аналитической обработки данных.

Список литературы:

1.Бир С. Мозг фирмы. — изд.3: Пер. с англ.— М.: URSS, 2009. — 416 с.

2.Бирюков Д. С., Заславский В. А. Оценивание уровня развития территорий Украины на основе методов многокритериальной оптимизации // Системы обработки информации. – 2010. – Вып.8 (89). – С. 151 – 158.

3.Бирюков Д. С. Планирование строительства, реконструкции и ремонта дорог и капитальных сооружений на них в условиях неопределенности объемов финансирования / Д. С. Бирюков, В. А. Заславский, А. И. Сидляренко // Междунар.конф. «Проблемы принятия решений в условиях неопределенности» (PDMU—2012)

4.Глушков В. М. Макроэкономические модели и принципы построения ОГАС. — М.: «Статистика», 1975. — 160 с.

5.Глушков В. М. Основы безбумажной информатики. — 2—е изд., испр. – М.: Наука, 1987. – 552 с.

6.Журкин И. Г. Геоинформационные системы / И. Г. Журкин, С. В. Шайтура. – М.: КУДИЦ—ПРЕСС, 2009. – 272 с.

7.Заславский В. А. Про регулирование выбросов вредных веществ вдоль автомобильных дорог / В. А. Заславский, А. И. Сидляренко // Автодорожник Украины: Научн.-произв. жур. – Киев, 2008. – № 2. – С. 40—43.

8.Километр дороги в Украине стоит $5 млн, — «Укравтодор» [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://news.zn.ua/ECONOMICS/kilometr_dorogi_v_ukraine_stoit_5_mln,_—_ukravtodor—91980.html (дата обращения: 09.04.12)

9.Кутейников А. В. Проект Общегосударственной автоматизированной системы управления советской экономикой (ОГАС) и проблемы его реализации в 1960–1980-х гг.:Автореф.дис. канд. истор. наук — МГУ им. М. В. Ломоносова. М., 2011. – 25 с.

10.Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах. – К.: "КИТ", "А.С.К.", 1995. – 384 с.

11.Национальный доклад о состоянии техногенной и природной безопасности в Украине в 2011 году [Электронный ресурс] / Министерство чрезвычайных ситуаций Украины. – Режим доступа: http://mns.gov.ua (дата обращения: 01.04.12)

12.Петроневич М. В. Влияние модернизации сети федеральных автомобильных дорог на рост отдельных макропоказателей регионов // Экономический журн. ВШЭ. — 2009. –. № 2 – С. 295—322.

13.Плотникова О. Н. Методическое обеспечение обоснования инвестиций в автодорожное строительство (на примере Приморского края): Автореф. дис. канд. эконом. наук — ВГУЭС, Владивосток, 2009. — 20 с.

14.Прейгер Д. К. Реализация потенциала транспортной инфраструктуры Украины в стратегии посткризисного экономического развития / Д. К. Прейгер, О. В. Собкевич, О. Ю. Емельянова – К.: НИСИ, 2011. – 37 с.

15.Распоряжение Кабинета Министров Украины от 03.08.2011 г. № 732—р «Про утверждение Концепции Государственной целевой экономической программы развития автомобильного транспорта на период до 2015 г.» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://zakon.rada.gov.ua/cgi—bin/laws/main.cgi?nreg=732—2011—%F0 (дата обращения: 04.04.12)

16.Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. – М.: Радио и связь, 1993. – 278 с.

17.Chou J—S., O'Connor J. T. Internet—based preliminary highway construction cost estimating database // Automation in Construction. – 2007. – Vol.17 (1). – P. 65—74.

18.Cybersyn / Cybernetic synergy [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.cybersyn.cl (дата обращения: 26.03.12)