Автореферат - Кубанский государственный технологический

На правах рукописи
Решетняк Михаил Геннадиевич
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА
КОММУНАЛЬНЫХ УСЛУГ В ЖКХ
Специальность 05.13.01 — "Системный анализ, управление и обработка
информации (информационные и технические системы)"
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар – 2013
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский
государственный технологический университет»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Атрощенко Валерий Александрович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,профессор
Григораш Олег Владимирович
ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный
аграрный университет»
кандидат технических наук, доцент
Шарифуллии Сергей Равильевич
ФГКВОУ ВПО «Военная академия связи
имени Маршала Советского Союза
С.М. Буденного» (филиал, г. Краснодар)
Ведущая организация:
ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный
университет»
Защита диссертации состоится "25" декабря 2013 года в 1200 часов на
заседании диссертационного совета Д 212.100.04 в ФГБОУ ВПО "Кубанский
государственный технологический университет" по адресу: 350072,
г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО "Кубанский
государственный технологический университет".
Автореферат разослан "23" ноября 2013 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д 212.100.04
кандидат
технических
наук,
доцент
А. В. Власенко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Учет потребления коммунальных ресурсов в
ЖКХ в настоящее время становится актуальной задачей для всей страны. На
сегодняшний
момент
имеется
достаточно
большое
количество
информационных систем, которые строятся по разным принципам, при этом
зарубежные аналоги значительно опережают существующие отечественные
разработки. Это обуславливается отсутствием единого подхода к принципам
построения информационных систем, что влечет за собой проблему выбора для
управляющих
организации
при
внедрении
системы
мониторинга
коммунальных услуг в настоящее время. Также различные принципы
построения систем мониторинга коммунальных услуг влекут за собой и
невыполнения требований Правительства РФ о прозрачности и контроля в
сфере ЖКХ. При этом мониторинг коммунальных услуг в ЖКХ является
сложной и разноплановой задачей. Это обуславливается различной природой
поставляемых коммунальных ресурсов.
Степень разработанности проблемы
На
сегодняшний
день
к
основным
работам
по
разработке
информационных систем относятся работы Г.Шилдта, Ч. Петцольда, Дж.
Рихтера,
В.В.
Кульбы,
Г.Хансена,
Т.Конолли,
Д.
Майо,
М.
Лутцем,
Мамиконовым А.Г., Однако данные работы относятся к общим положениям по
разработке информационных систем и не затрагивают разработку конкретных
информационных систем и, в частности, информационных систем по учету
коммунальных ресурсов в ЖКХ.
Основными работами по принципам учета коммунальных ресурсов и
формировании системного подхода к организации их учета можно отнести
работы Иванова А.С., Мелентьева Л.А., Осипова Ю.Н., Колмогорова А.Н., Иванен Н.Т. Однако эти работы отображают решение частных задач по построению информационных систем по учету коммунальных ресурсов, связанных с
разработкой программно-аппаратных комплексов и построению систем учета
конкретного коммунального ресурса. В основном общие правила учета коммунальных ресурсов приведены в соответствующих нормативных и правовых
документах.
Также важной частью является возможность использования информационных систем мониторинга коммунальных услуг в ЖКХ как подсистемы в
системах вида SmartGrid и SmartCity. Отдельные аспекты, посвященные развертыванию информационных систем мониторинга для технологий SmartGrid
рассмотрены в работах Б.Б. Кобец, И.О. Волковой, Б.Ф. Вайнзихером и других.
Наряду с организацией учета потребления коммунальных ресурсов, важной задачей является контроль технического состояния систем снабжения коммунальными ресурсами. В данном направлении основными работами являются
работы Балабан-Ирменина Ю.В., Липовских В.М., РубашоваA.M., Аколь-зина
П.А., и других, которые отражают основные подходы к контролю параметров
систем
снабжения
коммунальными
ресурсами,
но
практически
не
рассматривают построение информационных систем, связанных с их контролем.
Оценка технических и экономических показателей эффективности информационной системы является крайне важным этапом при проектировании систем и отображает целесообразность ее дальнейшего использования. К основным трудам в данной области можно отнести труды Можаева А.С., Скрипкина
К.Г., Легарда Д. и других, рассматривающих вопросы как показателей надежности информационных систем, так и показатели экономической эффективности.
Таким образом, на сегодняшний день проблема построения информационных систем мониторинга коммунальных услуг в ЖКХ является одной из
актуальных задач, несмотря на то, что существует достаточно большое количество публикаций на эту тему, информационные системы мониторинга коммунальных услуг представляют собой разрозненные проекты и актуальной
задачей становится создание методического и программного обеспечения для
разработки информационных систем, способных интегрироваться в системы
SmartGrid и SmartCity.
Объектом
исследования
является
информационная
система
мониторинга коммунальных услуг в ЖКХ.
Предметом исследования является разработка методического и программного обеспечения для построения информационных систем мониторинга
коммунальных ресурсов с возможностью интегрирования в системы типа
SmartGrid и SmartCity.
Область исследования. Работа выполнена в соответствии с паспортом
специальности ВАК (технические науки, специальность 05.13.01 - Системный
анализ,управление и обработка информации) п. 2 «Формализация и постановка
задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и
обработки информации» и п. 10 «Теоретико-множественный и теоретикоинформационный анализ сложных систем».
Цель
исследования.
Целью
диссертационной
работы
является
разработка научной методики создания информационной системы мониторинга
коммунальных услуг в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Задачи исследования. Сформулированная цель подразумевает под собой
решения следующего ряда научных задач:
- анализ
принципов
построения
существующих
систем
учета
потребления коммунальных ресурсов;
- разработка структурной схемы сбора информации, обеспечивающей
учет потребления энергетических и водных ресурсов;
- разработка
информационной
модели
информационной
системы
мониторинга коммунальных ресурсов;
- синтез состава модулей программного обеспечения информационной
системы;
- разработка
алгоритмов
сбора
информации
о
потреблении
коммунальных услуг;
- разработка алгоритма мониторинга технического состояния систем
снабжения коммунальными ресурсами;
- исследование предлагаемой информационной системы по техническим
и экономическим показателям качества.
Методы исследования. При решении поставленных в рамках диссертационной работы задач использовались теория множеств, методы динамического программирования, методы решения двухкритериальных задач специального вида, методы системного анализа теория графов, методы объектноориентированного программирования, методы построения локальных баз дан-
ных, методы прогнозирования на основе множественной регрессионной модели, нечеткой логики и нейронных сетей.
Научная новизна
- разработана методика построения информационных систем мониторинга коммунальных услуг в ЖКХ;
- разработаны и решены задачи оптимизации структуры программного
обеспечения и выбора технических средств учета потребления коммунальных
ресурсов;
- разработан алгоритм контроля и прогнозирования технического состояния систем снабжения коммунальными ресурсами.
Практическая значимость
- разработанная
мониторинга
методика
коммунальных
создания
услуг
в
информационной
ЖКХ
позволяет
системы
обеспечить
проектирование данных информационных систем;
- разработан алгоритм контроля технического состояния систем снабжения коммунальными ресурсами, позволяющий оценить их техническое
состояние и оперативно влиять на него;
- разработаны алгоритмы прогнозирования технического состояния систем снабжения коммунальными ресурсами, позволяющие планировать их
обслуживание в зависимости от их состояния;
- разработано программное обеспечение, позволяющее проводить учет
потребления коммунальных ресурсов и мониторинг технического состояния
систем снабжения коммунальными ресурсами.
Внедрение работы. Результаты исследований внедрены в ОАО «КБ «Селена».
Апробация результатов диссертационного исследования. Основные
результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научнопрактических мероприятиях: ГОУ ВПО КубГТУ, Краснодар, 2010,2012: 1,11
Межвузовская научно-практическая конференция «Автоматизированные информационные и электроэнергетические системы»; Филиал Военного учебнонаучного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им.
проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»: 1,11,111 Всероссийская научнопрактическая конференция «Научные чтения имени профессора Н.Е. Жуков-
ского», Краснодар, 2011-2013, II Международная научно-практическая конференция молодых ученых посвященная 51-й годовщине полета Ю.А. Гагарина в
космос, Краснодар, 2012; Краснодарский университет МВД России, Краснодар,
2012: VII Всероссийская научно-практическая конференция «Математические
методы и информационно-технические средства»; ТТИ ЮФУ, Таганрог, 2011:
IX Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и
студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление».
Основные положения выносимые на защиту.
1. Методика разработки системы комплексного учета потребления
коммунальных ресурсов в ЖКХ.
2. Алгоритм контроля и прогноза технического состояния систем
снабжения коммунальными ресурсами.
3. Методика выбора технических средств учета потребления коммунальных ресурсов и оптимизация алгоритма сбора информации.
4. Методика построения программного обеспечения информационных
систем для интеграции в системы SmartCity.
Публикация результатов работы. По результатам работы опубликовано
12 научных трудов, в том числе 4 работы, опубликованные в рецензируемых
журналах, входящих в перечень ВАК при Минобрнауки РФ
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Ее общий объем составляет 129
страниц текста, содержащего 18 рисунков и 14 таблиц.
Во
введении
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
обоснована актуальность работы,
сформулированы
основные цели и задачи диссертационного исследования.
В первой главе проводится анализ текущего состояния интеграции
систем мониторинга коммунальных услуг в Российской Федерации, анализ
принципов построения данных систем, анализ принципов работы технических
средств учета коммунальных ресурсов и технических средств сбора информации о потреблении коммунальных ресурсов.
Зоной действия информационной системы мониторинга коммунальных
услуг (ИМСКУ) является мониторинг коммунальных услуг в жилых домах
(после прохождения локальных узлов распределения). Именно на данном этапе
начинается зона ответственности потребителя, в которой потребитель осуществляет непосредственное потребление коммунальных ресурсов. Остальная
часть системы снабжения коммунальным ресурсом принадлежит генерирующим и распределительным организациям, и потери в данной части являются
потерями именно этих компаний и в общем случае не должны влиять на конечного потребителя.
В
соответствии
с
действующим
законодательством
РФ,
задачи
информационной системы мониторинга коммунальных услуг (ИСМКУ)
формулируются следующим образом:
- осуществлять
мониторинг
количественных
показателей
предоставления коммунальных ресурсов;
- осуществлять мониторинг качественных показателей предоставляемых
коммунальных ресурсов;
- осуществлять
мониторинг
технических
параметров
систем
предоставления коммунальных ресурсов.
Результатом проведения анализа стало определение способа организации
учета потребления коммунальных ресурсов, выбор технических средств
организации учета потребления коммунальных ресурсов.
Во второй главе проводится построение информационной модели
предметной
области
и
ее
оптимизация
информационной
эффективности,
моделирование,
UML
по
критерию
включающей
-моделирование,
в
максимальной
себя
структурное
построение
множества
информационных элементов.
Информационная система мониторинга коммунальных услуг в ЖКХ формализовано представляется в виде иерархической структуры. Уровни иерархической структуры информационной системы мониторинга коммунальных
услуг имеют следующее функциональное назначение:
уровень 1 - на данном уровне рассматриваются подходы к доставке
ресурсов
к
коммуникаций);
конечному
потребителю
(внутридомовые
топологии
уровень
2
преобразования
-
на
данном
физических
уровне
величин
осуществляются
(расхода,
энергии,
первичные
мощности)
в
информационные ресурсы;
уровень
3
-
на
данном
уровне
осуществляется
объединение
информационных ресурсов полученных на 2 уровне;
уровень 4 - на данном уровне формируется конечный информационный
поток (представляющий индивидуальный учет) данные со 2 и 3 уровня
приводятся к единому стандарту;
уровень 5 - на данном уровне производится объединение информации с
уровня 4 от различных потребителей;
уровень 6 - на данном уровне с учетом данных уровня 5 производится
формирование платежных поручений и производится сравнительный анализ
для выработки решений по изменению условий формирования 1-го уровня
уровень 7 - на данном уровне производится принятие решений
(например, введение дифференцированной тарифной ставки) на основе данных
с уровня 6.
Полная функциональная схема является достаточно большой, поэтому целесообразно разделить ее на две основные части - это часть сбора и подготовки
информации и обработка полученной информации уже в БД. Первую часть
иллюстрирует рисунок 1.
Рисунок 1 – Функциональная модель данных ИСМКУ в части сбора и
подготовки информации
Из приведенной на рисунке 1 модели ясно видно, что на процесс
генерации данных для записи в базу данных влияют такие параметры как
технические характеристики средств учета коммунальных ресурсов и их
взаиморасположение.
Таким
образом,
данная
функциональная
схема
иллюстрирует на каких этапах создается определенного рода информация и
какие параметры влияют на ее формирование.
Второй частью является обработка данных непосредственно в базе данных. Схема формирования итоговой выходной информации представлена на
рисунке 2
Рисунок 2 – Функциональная модель данных ИСМКУ в обработки
полученной информации
Таким образом, необходимыми данными для формирования выходных
документов (счетов на оплату за потребление коммунальных ресурсов) и принятии решения о проведении технических работ являются данные по всему
объекту учета и по всем коммунальным ресурсам, а также выходные данные от
модели прогнозирования. Используя полученную иерархическую структуру
информационной системы мониторинга коммунальных услуг и функциональные модели данных (рисунки 1, 2) построена модель потоков данных (рисунок
3).
Построение функциональной модели и диаграммы потоков данных
информационной системы мониторинга коммунальных услуг позволяет
определить
основные
этапы
формирования
необходимой
для
функционирования информационной системы информации, определяя
требуемые входные данные и структурные элементы, на которые они
воздействуют, и предоставляет исходную информацию для построения
формализованной модели предметной области.
Рисунок 3 – Модель данных ИСМКУ
Структурная схема внедрения этажного УСПД на примере учета горячей
и холодной воды приведена на рисунке 4
Рисунок 4 – Структурная схема сбора информации на этаже
Представленная на рисунке 5 диаграмма развертывания иллюстрирует какие из элементов информационной системы соединяются между собой и как
осуществляется взаимодействие между ними. Из диаграммы развертывания
ясно видно, что центральным элементов является УСПД этажа, которое является первым аккумулирующим звеном в системе сбора информации. При
разработке диаграммы развертывания принималось допущение, что используемые средства учета потребления коммунальных ресурсов не обладают
собственной памятью, а способны лишь передавать данные о потреблении и
производить их визуальную индикацию.
Рисунок 5 – Диаграмма развертывания ИСМКУ
Модель предметной области формализуется в виде семи основных
элементов:
𝑀 =< 𝐹, 𝐻, 𝑃, 𝑂, 𝑉 𝑖𝑛 , 𝑉 𝑜𝑢𝑡 , 𝑅 >
Вформуле 1применены следующие обозначения:
̅̅̅̅𝐼 }- множество автоматизируемых
𝐹 = {𝑓𝑖 |𝑖 = 1,
(1)
функций,
выполняет ИСМКУ;
𝐻 = {ℎ𝑗 |𝑗 = ̅̅̅̅
1, 𝐽}- множество задач обработки данных в ИСМКУ;
которые
̅̅̅̅̅
𝑃 = {𝑝𝑘 |𝑘 = 1,
𝐾 } - множество, описывающее возможных пользователей
в ИСМКУ;
𝑂 = {𝑜𝑙 |𝑙 = ̅̅̅̅̅
1, 𝐿} - множество объектов автоматизации, которые являются
основными объектами в ИСМКУ;
𝑉 𝑖𝑛 = {𝑣𝑙 |𝑙 ∈ 𝐿𝑖𝑛 }- множество входных параметров для организации
технического и коммерческого учета;
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = {𝑣𝑙 |𝑙 ∈ 𝐿𝑜𝑢𝑡 }-множество выходных параметров для организации
формирования выходных документов;
𝑅 = {𝑟𝑦 |𝑦 = ̅̅̅̅̅
1, 𝑌 } -множество отношений, описывающее взаимосвязи
между остальными множествами данной модели.
Для формирования графов информационных структур строится матрицу
семантической смежности 𝐵𝑘 информационных элементов, представляющую
собой квадратную бинарную матрицу, проиндексированную по осям множе𝑘
ством элементов 𝐷𝑘 и содержащую запись𝑏𝑖𝑗
= 1, если между структурными
элементами 𝑑𝑖 и 𝑑𝑗 существует такое отношение, что элемент 𝑑𝑖 составляет
𝑘
смысловое содержание элемента 𝑑𝑗 , 𝑏𝑖𝑗
= 0 в противном случае.
На основании полученной матрицы семантической смежности орграф информационной структуры локальной базы данных имеет вид (рисунок6)
Рисунок 6 – Орграф отношений
Такая структура орграфа характеризует систему как достаточно сильно
зависимую между своими элементами. Это обуславливается тем, что информационная система представляет собой конгломерат из нескольких по сути
своей независимых систем учета, которые объединяются в единую систему
учета коммунальных ресурсов.
Для выявления взаимосвязи между структурными элементами, выделения
информационных групп и определения их состава формируется матрица семантической достижимости А. Матрица семантической достижимости получается путем последовательного возведения в степень матрицы семантической
смежности до того момента, когда она станет вырожденной. Возводя в третью
степень матрицуВполучим вырожденную матрицу, тогда матрица А определяется как А= В1 + В2.
Задача синтеза информационной структуры информационной системы
мониторинга коммунальных услуг формулируется в виде двух задач:
Задача 1. Синтез модулей программного обеспечения по критерию максимальной информационной производительности.
Задача 2.Синтез информационной системы с минимальной стоимостью.
Для решения задачи 1 используются следующие переменные, характеризующие информационную систему: V - мощность множества модулей программного обеспечения,𝐻𝑣 - объем v-ro модуля, R - мощность множества про̅̅̅𝑣 - количество процедур в v-ом модуле, L цедур информационной системы, 𝑅
мощность множества информационных элементов, 𝑥𝑟𝑣 = 1если r-я процедура
входит в состав v-ro модуля и 𝑥𝑟𝑣 = 0 в противном случае, 𝜏𝑣 = 𝑡 + 𝐻𝑣 /𝑣𝑐 время пересылки процедур r-гомодуля из внешней памяти ЭВМ в оперативную;
𝑡𝑓𝑐 = 𝑡 + 𝑞𝑓 (𝑘𝑓 /𝑣𝑐 )-
время
пересылки
f-го
𝑟
𝑟 𝑟
памятьЭВМ;( 𝑡𝑓3 )𝑟𝑣 = 𝑡 + 𝛾𝑣𝑓
(∑𝐿𝑙=1 𝑘𝑙 𝑏𝑣𝑙
𝑒𝑙𝑓 /𝑣3 )-
массива
время
в
записи
оперативную
очередных
результатов обработки в f-ый информационный массив, расположенный во
внешней памяти ЭВМ (здесь t - время поиска необходимого участка памяти при
𝑟
чтении или записи), при этом ( 𝑡𝑓3 )𝑟𝑣 = 𝑡𝑓3 𝜉𝑣𝑓
≈ 𝑡 ∀𝑟 = ̅̅̅̅̅
1, 𝑅-скорости считывания
𝑟
и записи информации соответственно), 𝛾𝑣𝑓
- число обращений к f-ому массиву,
𝑐
kf - объем f-ro массива, 𝑘𝑙 - обьем информационного элемента, 𝜔𝑟𝑙
= 1, если l-
ый элемент используется r-ой процедурой и 0 впротивном случае, qi - число
обращений к 1-омуинформационному элементу,𝑒𝑙𝑓 = 1 - если 1-ый информационный элемент записывается в f-ый массив . Задача формулируется в
виде нахождения такого множества xrv,при котором к максимуму стремится
выражение (2)1
Данная задача решается с применением метода ветвей и границ, при этом
нижняя граница решений задачи, минимизирующая общее время обращения к
памяти ЭВМ определяется выражением:
𝑐
где 𝜑𝑓 =1, если ∑𝐿𝑙=1 ∑𝑅𝑟=1 𝜔𝑟𝑙
𝑒𝑙𝑓 ≥ 1 и 𝜑𝑓 = 0 в противном случае,при этом 𝑓 =
̅̅̅̅̅̅
1, 𝐹;
оценка множества решений определяется выражением:
µ
µ
где 𝑝𝑓 - мера использования f-ro массива модулями системы, 𝑝𝑣 -мера
использования v-ым модулем информационных массивов при записи, 𝜓µ -исµ
пользование информационных модулей в µ-ой вершине,𝜏̃ 𝑣 - время пересылки в
оперативную память v-ro модуля.
Оценка множества решений, обеспечивающих максимум числителя(2)
производится методом ветвей и границ по множеству переменных {xrv}. При
этом оценка множества решений в µ-ой вершине определяется выражением
где QR - объем процедур обработки,QF- объем информационных массивов,
содержащих входные данные процедур, QL–объем промежуточных или
выходных результатов обработки данных; F** - максимально допустимое число
Кузненцов Н.А., Кульба В.В., Ковалевский С.С., Косяченко С.А. –Методыанализаисинтезамодульныхинформационно-управляяющихсистемМ:Физматлит,2002–800с
1
информационных массивов, пересылаемых из внешней памяти в оперативную
память ЭВМ при считывании за одно обращение к внешней памяти;𝑎µ =
𝑉
𝑉
µ
µ
µ
µ
µ
𝑚𝑎𝑥 ∑𝑣=1
𝑞𝑣 ;𝛽µ = 𝑚𝑎𝑥 ∑𝑣=1
𝑞𝑣 + 1; 𝑞𝑣 - число точек разрываv-го модуля,
определяемое множеством переменных {xrv}
Исходными данными для решения данной задачи являются: множество
процедур А={ar,𝑟 = ̅̅̅̅̅
1, 𝑅},которое определяет множество процедур обработки
данных
и
при
этом
соответствует
множеству
задач
Ни
множество
информационных элементов D.
При решении данной задачи использовался алгоритм ветвей и границ со
следующими ограничениями:
- время записи и чтения принимается постоянным;
̅̅̅̅);
- на число синтезируемых модулей ( 𝑣 = 1,4
- на число информационных элементов, используемых модулями (𝐿𝑣 ≤
̅̅̅̅).
11, 𝑣 = 1,4
В результате чего были получена следующая структура программных модулей:
Основными параметрами, характеризующими технические средства для
организации информационной системы мониторинга коммунальных услуг являются:
- стоимость прибора учета (Р);
- точность проводимых измерений (A);
- надежность прибора учета (время безотказной работы) (М);
- интервал времени между поверками прибора (T);
- стоимость проведения поверки прибора (РT).
Таким образом, функция поиска оптимального прибора для установки в
точке учета будет иметь следующий вид:
min 𝐹𝑖 = ∑𝑁
𝑗=0 𝑃𝑖𝑗 𝐴𝑖𝑗 𝑀𝑖𝑗 𝑇𝑖𝑗 𝑃𝑇𝑖𝑗
(6)
где i - порядковый номер в списке датчиков, установленных на объекте
учета;j- порядковый номер датчиков в списке доступных для установки в данной точке учета;N -общее количество датчиков, доступных для установки в
данной точке учета, причем𝑁 ∈ 𝑅 ∪ 𝑉.
Обозначим функцию 6 как приведенную качественную характеристику
средства учета коммунального ресурса, которая характеризует конкретное
средство учета коммунального ресурса с точки зрения приближенности его к
идеальному варианту средства учета для конкретной точки учета.
Таким образом, задача поиска оптимального решения сводится к задаче
поиска минимального значения функции 𝐹𝑖 . Функция 6 описывает поиск оптимального прибора для одной точки учета
В третьей главе проводится разработка алгоритмов функционирования
системы. Алгоритм сбора информации со всех УСПД, подключенных в систему
сбора информации (рисунок 7).Данный алгоритм полностью отображает
процессы сбора информации о потреблении коммунальных ресурсов в рамках
одного объекта учета. Алгоритм представляет собой бесконечный цикл,
поскольку работа данной системы предполагает непрерывный контроль за
потреблением коммунальных ресурсов.
Рисунок 7 – Алгоритм сбора данных со всех УСПД
Алгоритм обработки информации от УСПД представлен на рисунке 8. Задачами обработки данных является не только запись результатов в базу данных
ИСМКУ, но и анализ показателей технического состояния систем снабжения
коммунальными ресурсами, которые реализуются с помощью процедур
программной обработки данных.Для проведения исследований по выбору
модели прогнозирования используем полученные в результате проведения
эксперимента данные и разделим их на две части. Поскольку данные о
потреблении коммунальных ресурсов представляют собой ничто иное как
хронологический ряд, то их можно разделить на две равные части, используя
временные параметры. Первую часть мы будем использовать в качестве
исходных данных, а вторую как данные будущего, на которых будет
проводиться определение степени адекватности модели прогнозирования.
Рисунок 8 – Алгоритм обработки полученных от УСПД данных
В качестве основных моделей прогнозирования могут быть использованы
те модели, которые использовались для прогнозирования температуры в
помещениях капитальных строений. К ним относятся:
1.
множественный регрессионный анализ
2.
нечеткая логика
3.
искусственные нейронные сети
Поскольку
для
прогнозирования
временных
рядов
применяются
несколько моделей прогноза, то необходимо выбрать критерий, определяющий
качество прогноза. В качестве такого критерия на основе примем дискретную
норму среднеквадратического отклонения тогда алгоритм построения прогноза
строится следующим способом:
1. расчет параметров для модели множественной авторегрессии;
2. расчет параметров для модели, основанной на нечеткой логике;
3. расчет параметров для модели, построенной на нейронных сетях;
4. определение прогнозных значений с помощью полученных на шагах 13 моделей;
5. определение лучшей модели;
6. принятие значений лучшей модели в качестве прогнозных и оценка на
их основании сроков и видов технических работ по поддержанию стабильного
состояния систем снабжения коммунальными ресурсами.
В четвертой главе проводится исследование информационной системы
по показателям технической эффективности, а также рассматриваются вопросы
по внедрению информационной системы в системы SmartCity.
Для выполнения расчетов по надежности проводится декомпозиция
системы, разделив ее на два уровня - уровень этажа и уровень организации
системы обмена данными между УСПД (рисунок 9).
Рисунок 9 – Логическая схема ИСМКУ в типовом жилом доме
На рисунке9 приведены следующее обозначения:
1-9 - группы счетчиков соответствующего этажа;
10-18 - этажные УСПД;
19-27 - каналы связи с сервером;
29 - модем сервера;
30 - сервер;
31 - питание сервера
При выполнении расчетов по надежности информационной системы принимается следующее допущение, что все элементы, входящие в информаци-
онную
систему
являются
однотипными
или
имеют
одинаковые
вероятностыехарактеристики, т.е. являются полными аналогами. В результате
расчетов получено, что время наработки на отказ для такой системы составит
0.7547 лет.
Рисунок 10 – Диаграмма положительных вкладов элементов системы
Анализируя диаграмму положительных вкладов (рисунок 10) было
установлено, что элементами, вносящими наибольший положительный вклад
являются элементы 19-27 и 29-30. На основании полученных данных было
принято решение о повышении надежности путем дублирования элементов,
вносящих наибольший вклад в снижение надежности системы.
В результате проведения дублирования элементов надежность системы
повысилась на 120% и составила 1,665 лет.
Полученные при расчетах надежности системы данные позволяют
установить интервал проведения проверки работоспособности системы, равный
20 месяцам.
Информационная система мониторинга коммунальных услуг в ЖКХ
может являться одной из подсистем обеспечивающих решения данной
комплексной задачи в рамках всего государства. Наличие распределенной базы
данных позволяет интегрировать данную систему с любыми интернет
ресурсами, занимающимися вопросами оказания государственных услуг.
На сегодняшний день концепцию «Умного города» можно представить в
следующем виде (рисунок 11).
Рисунок 11 – Ключевые взаимосвязанные системы современного города
Концепция «Умного города» (SmartCity) предполагает собой создание такого информационного пространства, которое максимально возможным способом облегчает жизнь жителям города и подразумевает объединение в себе
таких информационных систем как: система управления транспортом, система
доступа к госуслугам и образованию, системы общественной безопасности,
системы по предоставлению услуг здравоохранения. Важной частью этой системы является информационная система мониторинга коммунальных услуг,
которая с одной стороны предоставляет жителям возможность минимизировать
сои временные затраты, связанные с необходимостью предоставления отчетной
документации для снабжающих организаций, а с другой стороны,позволяет
поставщикам коммунальных ресурсов планировать необходимые объемы
предоставления
коммунальных
ресурсов
и
планировать
необходимые
мощности для их генерации.
На сегодняшний день создание информационных систем типа SmartCity
является одним из наиболее молодых направлений в создании информационных систем, к которому подключились такие транснациональные корпорации
как SAP, Siemens, SchneiderElectric.
В заключении диссертации приведены основные научные и практические
результаты работы.
В приложенияхпредставлены листинги программных модулей.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
В результате выполнения диссертационной работы получены следующие
научные и практические результаты: основными параметрами, помимо непосредственно количественных значений потребления коммунальных ресурсов
являются параметры, характеризующие качественные характеристики снабжения коммунальным ресурсом, на основе которых формируются штрафные
санкции в адрес поставщика; обоснован принцип организации системы учета
потребления коммунальных ресурсов; построена информационная модель
системы мониторинга коммунальных услуг, которая позволяет обеспечить мониторинг коммунальных услуг; построена структурная схема системы учета;
синтезирован состав программных модулей информационной системы; разработан алгоритм сбора информации о потреблении коммунальных ресурсов;
разработан алгоритм контроля технического состояния систем снабжения коммунальными ресурсами; на основе качественных характеристик получен алгоритм прогнозирования технического состояния систем снабжения коммунальными ресурсами.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Дьяченко Р. А., Шароватов А. С, Лоба И. С, Решетняк М. Г. Разработка
алгоритма поиска оптимальной модели // Политематический сетевой
электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного
университета (Научный журнал КубГАУ). 2012. № 3(77). С. 378-387.
2. Атрощенко В. А., Дьяченко Р. А., Решетняк М. Г., Лоба И. С. К вопросу
разработки методики прогнозирования температуры в помещениях капитальных строений
// Современные проблемы науки и образования. 2012.№ 2.
3.
Дьяченко Р. А., Багдасарян P. X., Решетняк М. Г. Руденко М. В.
Этапыразработки модели предметной области информационной системы учета
энерго и водоресурсов // Современные проблемы науки и образования.2013. №
5.
4. Атрощенко В. А., Дьяченко Р. А., Кабанков Ю. А., Решетняк М. Г. Разработка анализатора качества электроэнергии специальных объектов // Труды
академии №79: Научно-технический сборник. СПб.: ВАС, 2012. С. 9-14.
5. Дьяченко Р. А., Семенюта И. С, Литвинов Ю. Н. и др. Программа для
визуализации баз данных. OnlineDataBaseVisualisator (ODBV) // Свидетельство
о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011615203. ФИПС.
Зарегистрировано 01.07.11.
6. Дьяченко Р. А., Решетняк М. Г.,Лоба И. С. К вопросу структурной идентификации комплексной системы учета энерго и водоресурсов (КСУ-ЭВР) //
Математические методы и информационно-технические средства. Труды VII
Всероссийской научно-практической конференции 24 июня 2011 года.
Краснодар: Краснодарский университет МВД России, 2011. С. 51-52.
7. Решетняк М. Г., Дьяченко Р. А., Лоба И. С. К вопросу построения систем поквартирного учета теплоэнергии // IX Всероссийская научная
конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные
технологии, системный анализ и управление»: Сборник материалов. Т. 2.
Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. С. 222-225.
8. Дьяченко Р. А., Терехов В. В., Решетняк М. Г.,Лоба И. С. К вопросу о
структурной идентификации системы комплексного учета энерго-и
водоресурсов // Научные чтения имени профессора Н.Е. Жуковского. Сборник
научных статей II Международной научно-практической конференции / Филиал
Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная
академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». Краснодар: Филиал
Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная
академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», 2012. С. 28-29.
9. Решетняк М. Г., Щеголев Д. С, Дьяченко Р. А. Методы выбора периода
опроса средств учета холодной воды при помощи информационной системы
сбора данных // Сборник научных трудов факультета КТАС КубГ-ТУ /
Кубанский государственный технологический университет. Факультет КТАС.
Краснодар: Издательский Дом - Юг, 2012. № 4. С. 103-105.
10. Решетняк М. Г., Дьяченко Р. А., Лоба И. С, Коновалов Д. П. К вопросу
разработки комплексной системы учета энерго и водоресурсов //Сборник
научных статей II Международной научно-практической конференции молодых
ученых Посвященной 51-й годовщине полета Ю.А. Гагарина в космос.
Краснодар: Филиал Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил
«Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»,
2012. С. 245-247.
11. Решетняк М. Г., Дьяченко Р. А., Лоба И. С, Коновалов Д. П. К вопросу
стратификации комплексной системы учета энерго и водоресурсов // Сборник
научных статей II Международной научно-практической конференции молодых
ученых Посвященной 51-й годовщине полета Ю.А. Гагарина в космос.
Краснодар: Филиал Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил
«Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»,
2012. С. 247-248.
12. Дьяченко Р. А., Багдасарян P. X., Лоба И. С, Решетняк М. Г. К вопросу
внедрения интеллектуальных сетей SMARTGRID // Сборник научных статей II
Международной научно-практической конференции молодых ученых
Посвященной 51-й годовщине полета Ю.А. Гагарина в космос. Краснодар:
Филиал Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», 2012. С.
305-308.