Материал: Система мультиагентного мониторинга и диспетчеризации автотранспортных средств

Система мультиагентного мониторинга и диспетчеризации автотранспортных средств

Оглавление

Введение

. Мультиагентный мониторинг автотранспортных средств

.1 Постановка задачи

.2 Вызовы экономики реального времени

.3 Мультиагентная технология для управления ресурсами в реальном времени

.4 Аппаратная архитектура системы

.4.1 Спутниковый мониторинг автотранспорта

.4.2 Бортовое оборудование

.4.3 Диспетчерский центр (ДЦ)

.5 Программное обеспечение

.6 Описание мультиагентной системы диспетчеризации грузоперевозок

. Мультиагентные технологии

.1 Мультиагентные системы

.2 Основные понятия архитектуры мультиагентных систем

.3 Характеристики мультиагентных систем

.4 Переговоры в мультиагентых системах

.5 Формат сообщений

.6 Онтологии

.7 Существующие стандарты построения мультиагентных систем

2.8 FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents)

Библиографический список

Введение

Мультиагентные технологии это новый способ решения сложных задач, в частности задач связанных с распределением, планированием, оптимизации контроля ресурсами в реальном времени. Такие задачи оказывается можно решать не только математическими традиционными способами но и новыми методами и средствами базирующимися на принципе самоорганизации и эволюции присущих живой природе.

В данной выпускной работе я постарался применить мультиагентный подход для решения задач мониторинга и диспетчеризации, автоматизации процессов управления транспортом и повышения эффективности контроля за производственной деятельностью транспорта. Такой вариант исполнения системы диспетчеризации автотранспорта предполагает реализацию системы спутниковой навигации и мониторинга для автотранспорта на базе оборудования и программного обеспечения.

Аппаратная реализация подобной системы в общем виде состоит из следующих подсистем :

·         Подсистема навигации - спутниковая система определения координат GPS/ГЛОНАСС на базе группировки среднеорбитальных спутников;

·              Бортовое оборудование, устанавливаемое на подвижные объекты - комплект, включающий в себя навигационный GPS(GPS/ГЛОНАСС)-приемник, контроллер, устройство приема/передачи информации, дополнительное оборудование (дискретные и аналоговые датчики и др.);

·              Подсистема обмена информацией - реализуется на базе следующих вариантов: радиосеть местного оператора сотовой связи, транкинговая сеть, конвенциальная сеть (УКВ), radio-ethernet, спутниковая связь (Globalstart, Inmarsat, Thuraja);

·              Подсистема контроля и управления - диспетчерский центр (ДЦ).

1.   
Мультиагентный мониторинг автотранспортных средств

1.1  Постановка задачи

Главной целью проводимого мной исследования является разработка технологии, которая может быть применена для создания мультиагентных систем для решения задач мониторинга и диспетчеризации автотранспортных средств. Данная технология представляет собой спецификацию логической и физической архитектуры мультиагентной системы, спецификацию процесса разработки системы, а также программная реализация модельного примера мониторинга и диспетчеризации в мультиагентной среде JADE, которая может быть использована в качестве отправной точки для дальнейших исследований и разработок. В рамках настоящей задачи, я постарался сформулировать общий подход к разработке мультиагентных систем мониторинга и диспетчеризации автотранспортных средств, описать примерную архитектуру такой системы, а также создать работающий прототип в среде фреймворка JADE. Такой прототип является тестовой реализацией мультиагентной системы (МАС) для управления группой транспортных средств (предположительно товарных грузовиков), решающей задачу последовательного отслеживания состояния транспортного средства (мониторинг) и построения маршрута с минимизацией затрат (диспетчеризация).

Для выполнения поставленной задачи рассматривается трёхслойная модель системы, включающая в себя подсистему спутниковой навигации, подсистему связи и подсистему реализующую логику поведения агентов. Последняя подсистема будет рассмотрен особенно подробно, - она включает мультиагентное ПО, которое отвечает за координацию взаимодействия между транспортными средствами (ТС). В качестве основы для создания подобного ПО было решено использовать язык высокого уровня Java и универсальный фреймворк для мультиагентных решений JADE.

В выпускной работе я даю обзор программно-аппаратных решений, которые могут использоваться при создании подобной мультиагентной системы мониторинга и диспетчеризации автотранспортных средств. Приводятся описание вычислительных устройств, которыми оснащены транспортные средства и диспетчерский центр, а также используемых устройств и протоколов связи.

В качестве примера использования предполагаемой технологии я представляю реализацию мультиагентной системы мониторинга и диспетчеризации нескольких ТС, с изначально заданными начальной позицией и траекторией движения, типом кузова и мерой занятости (пустое или гружёное ТС), а также появление и обработка нового задания системой.

.2    Вызовы экономики реального времени

В настоящее время к бизнесу предъявляются новые требования. Согласно исследованию компании IBM (опрос порядка 1000 генеральных директоров [Скобелев]) основными вызовами современной компании являются:

·     Рост сложности принятия решений по управлению бизнесом

Это проявляется в том в том, что нужно согласовано принимать решения в условиях множества игроков с различными интересами. В случае грузовых перевозок это интересы: водителя, грузовика(ТО) и заказчика и других.

·     Неопределенность: трудно предсказать изменения спроса и предложения

Заготавливать поставки на год, квартал или месяц может оказаться не рентабельным - простаивание товара / недостаточное количество товара. Простаивание складских помещений / отсутствие нужного количества площади, и многое другое.

·     Событийность: часто случаются события, которые меняют планы

·        Ситуативность: решение надо принимать по ситуации

·        Многофакторность: много разных критериев, предпочтений и ограничений

·        Высокая связность: принятие одного решения вызывает изменение других

·        Индивидуальность: потребители требуют все более индивидуального подхода

·        Трудоемкость: слишком много опций, чтобы просчитать последствия

·        Оперативность: требуется высокая скорость принятия решений

В ответ на запросы бизнеса появились мультиагентные технологии (МАС), на стыке искусственного интеллекта, методов параллельных вычислений и телекоммуникаций.

1.3  Мультиагентная технология для управления ресурсами в реальном времени

Рис. 1

Суть мультиагентного подхода - вместо одной организованной монолитной программы - много маленьких распределённых параллельных и автономных (в том смысле, что программу нельзя заставить, что-то сделать, но можно попросить) подпрограмм, каждая из которых отвечает за определённую задачу, и старается организовать свою работу таким образом, чтобы глобальная цель была достигнута.

1.4  Аппаратная архитектура системы

1.4.1 Спутниковый мониторинг автотранспорта

Система спутникового мониторига должна обеспечивать возможность контроля прохождения заданных точек на маршруте в заданные интервалы времени. Для этого должно обеспечиваться непрерывное определение геопозиции отдельного транспортного средства.

Спутниковый мониторинг транспорта - система мониторинга подвижных объектов, построенная на основе систем спутниковой навигации, оборудования и технологий сотовой и/или радиосвязи, вычислительной техники и цифровых карт. Спутниковый мониторинг транспорта используется для решения задач транспортной логистики в системах управления перевозками и автоматизированных системах управления автопарком.

Принцип работы заключается в отслеживании и анализе пространственных и временных координат транспортного средства.

На транспортном средстве устанавливается мобильный модуль, состоящий из следующих частей: приёмник спутниковых сигналов, модули хранения и передачи координатных данных. Программное обеспечение мобильного модуля получает координатные данные от приёмника сигналов, записывает их в модуль хранения и по возможности передаёт посредством модуля передачи.

Модуль передачи позволяет передавать данные, используя беспроводные сети операторов мобильной связи. Полученные данные обрабатываются в диспетчерском центре.

Мобильный модуль может быть построен на основе приёмников спутникового сигнала, работающих в стандартах NAVSTAR GPS или ГЛОНАСС.

1.4.2 Бортовое оборудование

Система спутникового мониторинга транспорта включает следующие компоненты:

·     транспортное средство, оборудованное GPS или ГЛОНАСС контроллером или трекером, который получает данные от спутников и передаёт их на серверный центр мониторинга посредством GSM, CDMA или реже спутниковой и УКВ связи. Последние два актуальны для мониторинга в местах, где отсутствует полноценное GSM-покрытие, таких как Сибирь или Дальний Восток;

·        серверный центр с программным обеспечением для приёма, хранения, обработки и анализа данных;

Использование систем спутникового мониторинга повышает качество и эффективность работы корпоративного транспорта, и в среднем на 20-25% снижают расходы на топливо и содержание автопарка.

Контроллеры и треккеры

Большинство контроллеров и треккеров имеют схожие функциональные возможности:

·     вычислять собственное местоположение, скорость и направление движения на основании сигналов спутников систем глобального позиционирования;

·        считывать данные с бортового оборудования, имеющего последовательный порт или более специализированный интерфейс CAN;

·        хранить некоторый объём данных во внутренней памяти на период отсутствия связи;

·        передавать полученные данные на серверный центр, где происходит их обработка.

Ранее по причине слабого охвата территорий сетями мобильной связи GSM/3G широко использовались контроллеры, которые накапливали данные во внутренней памяти. По возвращению объекта в место основной дислокации (автопарк), данные переносились на сервер по проводным каналам либо через Bluetooth или Wi-Fi. Многие из существующих GPS-трекеров и контроллеров имеют открытый протокол взаимодействия с сервером, а также позволяют выполнять настройку режимов работы при помощи SMS, CSD или при помощи GPRS соединения.

Современные трекеры обладают достаточным количеством входов для подключения разнообразных датчиков: датчики уровня топлива, датчики контроля водительского сиденья, датчик зажигания, датчик давления на ось, различные расходомеры и т.д. Это обеспечивает полноценный контроль параметров транспортного средства во время перевозок.

Собственной производственной базой для изготовления навигационных терминалов в России сегодня располагают около 50 предприятий. Трекеры ГЛОНАСС/GPS производят: М2М телематика, Standard, КБ Навис, Ижевский радиозавод, Российский институт радионавигации и времени и еще несколько десятков компаний.

Если функционал трекеров идентичен, то потребительские свойства индивидуальны: количество входных/выходных портов, наличие и объем аккумулятора, размеры, интерфейсы. Поэтому основными конкурентными преимуществами на сегодняшний день являются: компактный размер, наличие SIM-чипа, защита от вандализма (прочный корпус с разъемами внутри, датчик вскрытия), отсутствие избыточного функционала (что позволяет избежать переплаты).

Для целей мониторига и диспетчеризации ТС в моём случае, можно использовать GPS-ГЛОНАСС треккеры серии NAVIXY, так как они обладают следующими характеристиками:

·     Поддержка GPS/ГЛОНАСС

·        Треккеры серии NAVIXY подключаются к бортовой электросети в широком диапазоне напряжений 8-35 В, т.е. может быть установлен как на легковой, так и на грузовой транспорт, спецтехнику. Встроенный резервный аккумулятор обеспечивает автономную работу устройства при отключении аккумулятора автомобиля с информированием об этом событии.

·        Резервный аккумулятор большой емкости (10.4 Ah) обеспечивает автономную работу устройства в течение 80 часов в режиме непрерывного мониторинга и более 90 дней с применением энергосберегающего режима

·        GPS треккер обладает высокими характеристиками чувствительности к спутниковому сигналу GPS, обусловленному применением современного чипа GPS MTK и активной внешней антенны, оптимальное расположение которой можно выбрать за счет гибкого соединительного кабеля достаточной длины.