Аннотация
Предлагается использование объектно-ориентированного подхода к моделированию интеллектуальной системы управления транспортом. В статье обоснована актуальность использования подходов объектно-ориентированного программирования при моделировании и разработке интеллектуальной системы управления транспортом. Приведены схемы организации классов и последовательности. Относительно традиционных подходов к моделированию предлагаемый авторами подход отличается легкостью расширения функциональных возможностей, повторным использованием программного кода, высокой надежностью и малыми временными затратами на разработку.
Ключевые слова
Интеллектуальная система, информационное поле, модель, объектная модель, примитив, транспорт.
Введение
Как показано в [1] актуальной является задача интеллектуализации автомобильных дорог, не решенным остается вопрос построения адекватных моделей и создания интеллектуальной системы (ИС) управления транспортом.
При проектировании любой ИС возникает вопрос моделирования предметной области. С целью получения адекватной ИС в виде системы взаимосвязанных программных компонент, необходимо иметь целостное, системное представление модели, которое отражает все аспекты функционирования будущей системы. При этом под моделью предметной области понимается некоторая система, имитирующая структуру или функционирование исследуемой предметной области и отвечающая основному требованию – быть адекватной этой области.
Предварительное моделирование приводит к сокращению времени и сроков проведения проектировочных работ, а также получить достаточно эффективный проект. Проведение моделирования предметной области снижает вероятность допущения ошибок в решении стратегических вопросов, приводящих к экономическим потерям и высоким затратам на последующее перепроектирование системы. В результате этого современные технологии проектирования основываются на использовании методологии моделирования предметной области.
Модели предметных областей должны обладать требованиями:
- обеспечивать однозначное описание структуры предметной области (формализация);
- быть понятными заказчику и разработчику благодаря применению графических средств отображения модели;
- иметь средства физической реализации модели предметной области (реализуемость);
- позволять проводить оценку эффективности реализации модели предметной области на основе определенных методов и вычисляемых показателей.
С целью реализации названных требований необходимо построить систему моделей, отражающую структурный и оценочный аспекты функционирования предметной области.
В данной статье будет рассмотрен структурный аспект, который позволит отразить состав взаимодействующих в процессах материальных и информационных объектов предметной области.
Постановка задачи
Для отображения структурного аспекта моделей предметных областей в основном используются графические методы, которые должны гарантировать представление информации о компонентах системы. Главное требование к графическим методам документирования – простота. Графические методы должны обеспечивать возможность структурной декомпозиции спецификаций системы с максимальной степенью детализации и согласований описаний на смежных уровнях декомпозиции.
Одной из первоначальных задач является задача выбора языка моделирования. Под языком моделирования понимают нотацию, в основном графическую, которую используют для описания проектов. Нотация представляет собой совокупность графических объектов, используемых в модели, и является синтаксисом языка моделирования.
Язык моделирования должен предоставлять проектировщикам понятные им решения, с другой стороны, предоставлять средства достаточно формализованного и однозначного определения проектных решений, подлежащих реализации в виде программных комплексов, образующих целостную систему.
Графическое изображение нередко оказывается наиболее емкой формой представления информации. Одним из графических методов моделирования является UML, который можно охарактеризовать как формальный искусственный язык. Признаком искусственности служит наличие трех общепризнанных авторов – Гради Буча, Ивара Якобсона и Джеймса Рамбо [2].
Использование UML моделирования при решении задачи построения объектной модели интеллектуальной системы управления транспортом позволит:
- повысить эффективность за счет повторного использования ранее разработанных решений;
- осуществлять генерацию кода;
- разработать модель поведения системы (динамику);
- создать структурную схему системы и ее топологию;
- спроектировать модель компонент системы, представляющих собой модель проектируемых подпрограмм программной системы;
- сократить время на разработку системы.
Основной материал
Принцип работы интеллектуальной системы заключается в следующем. Информационное поле при помощи датчиков дорожных примитивов регистрирует вхождение транспортного средства в область дорожного примитива. Датчики транспортного средства через устройство связи инициируют работу функциональной модели. Функциональная модель, используя блок синхронизации, синхронизирует состояние транспортного средства с информационным полем, анализирует и принимает управленческое решение, после чего в зависимости от состояния системы воздействует на операционный автомат для физического управления транспортным средством.
Транспортные средства (участники движения), движущиеся по дорожному полотну, постоянно находятся во взаимодействии с информационным полем. Связь с информационным полем обеспечивают датчики, приемники и передатчики, установленные как в автомобильном транспорте, так и в дорожных примитивах. При попадании участника дорожного движения в область видимости дорожного примитива происходит синхронизация состояния участника движения с информационным полем системы. В зависимости от состояния ИС управляющим автоматом (УА) транспортного средства принимаются управленческие решения, УА может принимать управление транспортным средством на себя полностью контролируя движение, либо осуществляя рекомендации по управлению транспортным средством.
В работе, с целью моделирования ИС, была разработана логическая модель. На диаграмме классов представлена статическая структура модели системы, отражающая различные взаимосвязи между отдельными сущностями и описывающая внутреннюю структуру и типы отношений между классами системы.
Построенная диаграмма классов позволила отобразить понятие изучаемой системы, спуститься на уровень ПО, рассмотреть интерфейсы (набор операций классов).
Следует отметить, что набор классов, а также их интерфейсы в последующем могут быть переработаны, добавлены новые элементы
Рисунок 1 – Диаграмма классов ИС управления транспортом
Одной из характерных особенностей систем является взаимодействие между собой отдельных элементов, из которых образованы эти системы [7].
Различные составные элементы систем не существуют изолированно, а оказывают определенное влияние друг на друга.
В UML взаимодействие элементов рассматривается в информационном аспекте их коммуникации, т. е. взаимодействующие объекты обмениваются между собой некоторой информацией. При этом информация принимает форму законченных сообщений. Другими словами, хотя сообщение и имеет информационное содержание, оно приобретает дополнительное свойство оказывать направленное влияние на своего получателя [7].
В статье представлен фрагмент диаграммы последовательности, характеризующий часть процесса работы ИС управления транспортом.
Рисунок 2 – Диаграмма последовательности ИС управления транспортом
Построенная диаграмма последовательности позволила провести моделирование объектов системы во времени, определить тип и количество сообщений, используемых объектами.
Выводы
Обоснована актуальность использования объектно-ориентированного подхода при моделировании и разработки интеллектуальной системы управления транспортом, разработана библиотека классов и приведена схема организации классов, продемонстрирован алгоритм кодирования программы.
Список использованной литературы
1. Николаенко Д. В. Анализ интеллектуальных систем управления транспортом / Д. В. Николаенко, О. А. Плешкова // Труды Международной научно-технической конференции «Современные тенденции развития и перспективы внедрения инновационных технологий в машиностроении, образовании и экономике» (Азов, 19 мая 2014 г.). – Ростов Н/Д, ДГТУ, 2014. – С. 9-12.
2. Буч Г., Рамбо Д., Якобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. Второе издание. – ДМК, 2006, 496 с.
3. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука. 1968. – 356 с.
4. Галабурда В. Г., Персианов В. А., Тимошин А. А. и др. Единая транспортная система: Учеб. для вузов / Под ред. В. Г. Галабурды – М.: Транспорт. 1996. – 295 с.
5. Цибулевский И. Е. Человек, как звено следящей системы. – М.: Наука. 1981. – 288 с.
6. Крэг Л. Применение UML 2.0 и шаблонов проектирования, 3-е издание. Вильямс, 2007, 736 с.
7. Дж. Рамбо, М. Блаха UML 2.0. Объектно-ориентированное моделирование и разработка 2-е издание. Питер, 2010, 384 с.
8. http://www.uml.org/#UML2.0 .