Алсынбаев К.С., Пикалов Д.С., ООО Сибинфоцентр-КС , г.Новосибирск
Пошепчинский В.В., Ильичев Н.И., Кирильцева Н.А., ООО Фэцит, г.Кемерово

Развитие сети автомобильных дорог неразрывно связано с планированием инвестиций в строительство, реконструкцию и ремонт дорог. Важной составляющей этого процесса является планирование транспортных перевозок инертных материалов и асфальто-бетонных смесей (АБС), поскольку строительство, реконструкция и ремонт автодорог являются чрезвычайно затратными видами работ (напр., строительство 1 км дороги обходится в суммы от 10 до 100 млн.руб), а доля расходов по транспортировке АБС и инертных материалов в общем объеме составляет обычно от 10 % до 30 % от всех расходов.

При планировании дорожных работ на определенной территории обычно имеется несколько вариантов по выбору поставщиков инертных материалов и размещению вспомогательных производств, таких, как Асфальто-бетонные заводы (АБЗ) или Дробильно-сортировочные комплексы (ДСК). Поэтому расчеты оптимальных планов и маршрутов перевозок АБС и инертных материалов могут значительно снизить себестоимость строительства, реконструкции и ремонта автодорог, особенно в областях с развитой дорожной сетью, где существует множество возможных маршрутов перевозок. Технологи и экономисты автодорожного предприятия при составлении планов работ должны решать сложные вариационные задачи, одновременно учитывая многие параметры: стоимость материалов на различных источниках, удаленность источников по дорожной сети, качество дорожной сети, наличие вдоль маршрутов следования населенных пунктов, движение через которые запрещено, запрещения движения, связанные с погодными условиями и т.п. Использование же современных методов планирования работ, включая компьютерные, такие как Геоинформационные системы (ГИС), уже отлично зарекомендовавшие себя на этом поприще, может значительно упростить этот процесс и сократить трудозатраты.

Для решения подобных и других задач в ООО «Фэцит» (г.Кемерово) создается ГИС, основной составляющей частью которой является База Картографических Данных (БКД) автомобильных дорог для участков и территорий работ фирмы. Геореляционная компонента БКД содержит группы картографических слоев типа «Автомобильные дороги», «Вспомогательные слои», «Пространственная привязка», «Подложка», «Отчеты». Топология геометрических объектов типична для ГИС: каждая дорога разбита на сегменты-полилинии, направление которых совпадает с направлением увеличения километража дороги, а точки, в которых сходятся начальные или конечные точки сегментов различных дорог являются узлами. Модель данных очень близка к модели Route, используемой в ГИС Arc/Info. Атрибутивная компонента БКД содержит характеристики и потребности в материалах для участков работ, перечни работ, поставщиков инертных материалов, АБЗ, титулов дорог, рецепты АБС, марки и характеристики автомобилей, а также справочную информацию. Разработанная в Access структура атрибутивной части БКД соответствует требованиям целостности и нормализована, а способы взаимодействия с ГИС (MapInfo, ArcInfo и др.) предполагают использование в дальнейшем более мощных СУБД клиент-серверного типа.

В 2001г. специалистами ООО «Фэцит» (г.Кемерово), ООО «Сибинфоцентр-КС» при участии Новосибирского государственного университета на платформе ГИС MapInfo с использованием СУРБД Access создан программный комплекс «Remdor», который позволяет оптимизировать:

- маршруты перевозок инертных материалов от поставщиков к запасам,
- маршруты перевозок инертных материалов от поставщиков к АБЗ,
- маршруты перевозок АБС от АБЗ к запасам,
- размещение АБЗ с учетом минимизации затрат на все три перечисленные выше типы маршрутов.

Для выбора маршрутов используется несколько модификаций алгоритма Дейкстры для поиска кратчайших путей на сети. Поиск может осуществляться на сети, имеющей несколько наборов весов, это необходимо, напр., для поиска маршрутов с оптимизацией по расстоянию и расходу топлива без перестройки сети. В настоящей версии заложена возможность использования до 3 различных наборов весов. Модифицирован сам алгоритм поиска, который позволяет за один проход находить маршруты сразу до нескольких пунктов.

Для географичеcкой компоненты программного комплекса базовой функцией является определение оптимального маршрута по сети заданного множества автодорог, при этом минимизируется сумма «сопротивлений движению» всех сегментов дорог, участвующих в составлении маршрутов. Термин «сопротивление движению» может обозначать, в зависимости от заданных начальных установок, длину сегментов, расход горючего при продвижении по данному сегменту, время движения по сегменту с учетом средней скорости на данном участке дороги или некоторую интегральную величину, напр., стоимость проезда по данному сегменту с учетом затраченного горючего и машино-часов.

Наиболее комплексной функцией «Remdor» является оптимальное размещение одного АБЗ на некоем конечном множестве возможных площадок с учетом стоимостей необходимых в соответствии с выбранной технологией работ инертных материалов у различных поставщиков, доставки инертных материалов к АБЗ для изготовления АБС по заданному рецепту и АБС от АБЗ ко всем участкам работ по оптимальным маршрутам.
Модель данных позволяет реализовать полнофункциональную группу функций решения на основе ГИС, по-существу, экспертно-аналитических задач по оптимизации планов работ и маршрутов перевозок, среди которых: определение оптимального маршрута между двумя заданными точками; выбор поставщиков в зависимости от набора требуемых материалов, расстояния до поставщиков, соотношения цены/качества материалов; расчет необходимого для доставки материалов количества машин; вычисление длин маршрутов, финансовых затрат на перевозки и расхода дизельного топлива, причем все результаты вычислений становятся атрибутивными данными маршрутов в БД, а также расчет объемов требуемых материалов на основе данных о потребности в асфальтобетоне; группу функций подготовки и верификации исходных картографических данных: привязку точечных объектов - километровых указателей к трассам дорог, проверку корректности их размещения (направления увеличения километража и отклонения от трассы дороги), поиск и устранение некорректностей в векторных слоях данных, коррекция направлений сегментов дорог, проверку совокупной корректности топологии для заданной дороги (проверяется возможность сквозного проезда, корректность направлений сегментов и размещения километровых указателей); а также группу функций подготовки и корректировки исходных данных для решения задач оптимизации, позволяющих автоматизировать генерацию в ГИС исходных картографических данных: участков работ по их адресному описанию, оперативных запасов инертных материалов и т.п.

Функции работы с топологией объектов ГИС и функции поиска маршрутов реализованы во внешних библиотеках dll.

С помощью данного программного комплекса возможен выбор нужных карьеров с материалами, отвечающими требованиям ГОСТов и СНИПов по конструктивным слоям проектируемой дорожной одежды, оперативный поиск оптимальных маршрутов и на этой основе выбор наиболее приемлемых вариантов расположения оперативных запасов инертных материалов и АБЗ, исходя из стоимости потребных материалов (щебеночных и песчано-гравийных смесей, битума, цемента и др.) и транспортных расходов и, в конечном счете, выбор предпочтительной конструкции дорожного объекта.