Низкоуровневое имитационное моделирование транспортных систем

• Автор: Черненко, Виталий Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Оглавление
Введение.

Актуальность исследования.

Цель и задачи работы

Методы исследования.

Научная новизна.

Основные положения, выносимые на защиту.

Достоверность результатов.

Теоретическая и практическая значимость.

Апробация работы

Личный вклад автора.

Публикации
Глава 1. Обзор средств моделирования трансопртных систем
1.1. Имитационное моделирование транспортных систем.
1.1.1. Транспортные системы
1.1.2. Язык моделирования.
1.2. Низкоуровневое моделирование транспортных систем
1.3. Применение агентного моделирования
1.4. Способы создания имитационных моделей транспортных систем
1.5. Средства моделирования общего назначения
1.5.1. Разработка моделей в среде ЯеРАЗТ
1.5.2. Разработка моделей в Апус 6.
1.6. Проблемноориентированные средства моделирования
1.6.1. Разработка моделей в УБВМ
1.6.2. Разработка моделей с помощью ТгапзроЬЬгагу Апус 5
1.7. Сравнение подходов к разработке моделей транспортных систем
1.8. Выводы
Глава 2. Архитектура системы моделирования ТС
2.1. Обоснование выбора АпуЬос 6.
2.2. Структура системы.
2.3. Сценарий использования системы
2.4. Графический конструктор моделей.
2.4.1. Представление модели в виде документа
2.4.2. Конструирование модели в графическом конструкторе
2.4.3. Задание светофоров и направлений движения по полосам
2.4.4. Задание потоков
2.4.5. Модуль синтаксической проверки
2.5. Модуль калибровки
2.6. Формирование среды обитания агентов
2.7. Исполнение модели
2.8. Результаты экспериментов.
2.9. Расширяемость системы
2 Среда взаимодействия агентов
21. Общая структура среды взаимодействия агентов
22. Представление информации о дорожной сети в форме графа
23. Информация о приоритетах агентов
2 Выводы
Глава 3. Графический язык моделирования транспортных систем.
3.1. Обоснование необходимости разработки языка.
3.2. Анализ предметной области
3.3. Общая структура языка
3.4. Элементы языка.
3.5. Правила композиции элементов языка.
3.5.1. Основное правило композиции элементов языка.
3.5.2. Дополнительные правила композиции
3.6. Формальное описание конструкций языка
3.7. Выводы.
Глава 4. Программная реализация.
4.1. Особенности программной среды i.
4.1.1. Общая структура среды моделирования i.
4.1.2. Активные объекты i
4.1.3. Исполняющий модуль i обработка событий
4.1.4. Презентация визуализация моделей i
4.1.5. Эксперименты в i
4.1.6. Библиотеки i
4.1.7. Подключение внешних файлов.
4.2. Особенности реализации, обусловленные программной средой.
4.3. Графический конструктор
4.3.1. Реализация светофорного регулирования
4.3.2. Реализация вспомогательных элементов конструктора
4.3.3. Генерация программной среды обитания агентов.
4.4. Дополнительные возможности системы
4.4.1. Сериализация модели.
4.4.2. Реализация отмены и повторения изменений.
4.4.3. Остановка в заданное время
4.5. Библиотека пользовательского ввода
4.5.1. Требования к библиотеке.
4.5.2. Классы библиотеки.
4.5.3. Использование библиотеки
4.6. Выводы
Основные результаты работы.
Список литературы


Таким образом, представляется целесообразным совместить эти два подхода, создав расширяемую систему низкоуровневого агентного имитационного моделирования транспортных узлов, ориентированную с одной стороны на специалистов предметной области, а с другой - на профессионалов-имитационщиков, имеющих возможность расширять ее функциональность. Основной проблемой при разработке требуемой системы на основе среды моделирования общего назначения является отсутствие проблемно-ориентированного языка моделирования. Именно этот язык и служит основой ориентированности на специалистов предметной области. Предметная ориентированность, с одной стороны, и расширяемость - с другой должны стать основными факторами, принимаемыми во внимание при декомпозиции предметной области «транспортные системы». Объектом исследования в данной работе является система низкоуровневого имитационного моделирования ТС и её язык. Предметом исследования является внутренняя структура транспортных систем, формальное описание языка и архитектура программного комплекса для низкоуровневого моделирования ТС. Целью работы является расширение сферы применения моделирования транспортных систем за счет создания проблемно-ориентированного средства на основе средства моделирования общего назначения. Разработана структура системы низкоуровневого имитационного моделирования ТС. Проведена декомпозиция предметной области «транспортные системы», выявлены её особенности с точки зрения структуры имитационных моделей. Создан язык моделирования транспортных систем. Создай графический редактор конструкций языка и программный интерфейс для выполнения агентных моделей транспортных систем. В ходе исследования применялись методы системного анализа, имитационного моделирования и теории графов. При программной реализации системы моделирования использовались методы структурного и объектно-ориентированного программирования. В работе предложена новая структура расширяемой системы низкоуровневого имитационного моделирования ТС. Предложенная структура позволяет комбинировать преимущества проблемно-ориентированных инструментов и средств общего назначения. На основе предложенного способа декомпозиции разработан язык моделирования ТС. Также разработан новый программный комплекс для низкоуровневого моделирования транспортных систем. Структура системы низкоуровневого имитационного моделирования ТС, обеспечивающая расширяемость и ориентированность на специалистов в предметной области. Метод декомпозиции транспортных систем, ориентированный на имитационное моделирование и позволивший систематизировать множество объектов транспортной инфраструктуры. Язык моделирования и численные методы анализа структуры моделей транспортных систем. Программный комплекс, состоящий из графического редактора моделей, программного интерфейса для исполнения агентных моделей транспортных систем и вспомогательных модулей. Достоверность результатов, полученных в работе, достигается корректностью применения методов системного анализа, однозначностью разработанных алгоритмов и подтверждается результатами компьютерного моделирования и тестирования разработанного программного комплекса. Результаты исследования обсуждались на российских и международных конференциях. Проведенная декомпозиция предметной области «транспортные системы», и созданное формальное описание языка позволит использовать данные геоинформационных систем для построения имитационных моделей. Разработан программный комплекс низкоуровневого имитационного моделирования транспортных систем, позволяющий анализировать свойства существующих и проектируемых транспортных узлов. Комплекс совмещает достоинства средств моделирования общего назначения и проблемно-ориентированных инструментов. Созданный комплекс может быть использован в муниципальных образованиях, проектных организациях и консалтинговых компаниях, занимающихся проектированием и реорганизацией схем дорожного движения. Winter Simulation Conference (Ph. Информатика, моделирование, автоматизация проектирования. Ульяновск, . Постановка задачи выполнена автором самостоятельно при методической поддержке научного руководителя. Создание программного комплекса, разработка языка и структуры системы, а также тестирование. Материалы диссертации опубликованы в работах, из них 2 - в изданиях, рекомендуемых ВАК. Список публикаций приведен в конце автореферата.