автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Модели и оптимизация процессов развития системы морских портов Вьетнама

На правах рукописи

НГУЕН НГОК ХУЭ

МОДЕЛИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ МОРСКИХ ПОРТОВ ВЬЕТНАМА

Специальность 05.13.01

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА-2010

4853061

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В НАЦИОНАЛЬНОМ МОРСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ СОЦИАЛИСТИЧЕСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ВЬЕТНАМ

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ: доктор технических наук,

профессор БОЛНОКИН В.Е.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук,

профессор БРЕХОВ О.М. доктор технических наук, профессор РЫБИН В.М. доктор технических наук,

профессор УВАЙСОВ С.У.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: ГОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «СТАНКИН»

Защита состоится "24" марта 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д217.047.01 в ФГУП "Научно-исследовательский и экспериментальный Институт автомобильной электроники и электрооборудования" по адресу: 105187, Москва, ул. Кирпичная д.41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП "Научно-исследовательский и экспериментальный Институт автомобильной электроники и электрооборудования"

Автореферат разослан " 10 "_ноября_2010 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА

доктор технических наук, старший научный сотрудник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.

В течение последнего десятилетия экономика Вьетнама достигла больших успехов. С января 2007 г. Вьетнам является официальным членом ВТО. И в том же году прирост ВВП достиг 8,44% - третье место по величине прироста ВВП в Азии, уступая лишь Китаю и Индии. Целью экономики Вьетнама является достижение к 2020 году статуса промышленной страны. При благоприятных геополитических условиях, при наличии богатых природных и трудовых ресурсов, а также в результате проведения соответствующей политики экономических реформ, Вьетнам стал государством, обладающим экспортным преимуществом, в первую очередь, в поставках сельскохозяйственной продукции.

Морской транспорт используется для перевозки грузов между портами страны, а также для развития и обеспечения внешнеэкономических связей Вьетнама с зарубежными странами. Каждый год на долю морского транспорта приходилось более 90% объема экспортно-импортных перевозок страны. В 2009 году суда морского флота Вьетнама посетили более 400 портов в 75 зарубежных странах, обеспечили более 30% потребностей страны во внешнеторговых перевозках.

Вьетнам имеет морское побережье общей протяженностью почти 3300 км. В стране насчитывается более 40 тыс. больших и малых судоходных рек и каналов. На морском побережье действуют 17 портов первого класса. Наиболее крупными являются Хайфон, Хошимин, Дананг, Куангнинь, Куюньон.

Несмотря на наличие целой сети морских портов, тянущейся вдоль всего берега, эта отрасль пока не в состоянии ответить растущим потребностям бурно развивающейся экономики страны, так как большинство вьетнамских портов - небольшие по масштабу и оборудованы устаревшей техникой. В связи с этим в настоящее время во Вьетнаме широко развертывается работа по строительству и развитию сети морских портов. Особое внимание уделяется приобретению новейших технологий, расширению и модернизации действующих портов, строительству глубоководных и перевалочных портов международного масштаба для обслуживания крупных судов.

В настоящее время Главным морским управлением Вьетнама уделяется повышенное внимание следующим вопросам: строительству глубоководного порта Ванфонг (провинция Кханьхоа), который станет крупным современным перевалочным портом, расширению порта Латьхюен (Хайфон) для принятия судов от 60.000 до 80.000 DWT, строительству порта Бендинь-Шаомай, перемещению порта Сайгон в район Каймеп-Тхивай, провинция Бария-Вунгтау, с целью обеспечения возможности захода более крупных судов. Все эти действия направлены на достижение цели увеличения общего объема грузов, проходящих через порты Вьетнама, до 50-55 млн. тонн к 2011 году. Став членом ВТО, Вьетнам рассчитывает на бурное экономическое развитие страны, значительное увеличение грузопотока, проходящего через морские порты страны, и повышение их роли в экономике. В настоящее время, когда морские порты становятся главными воротами в страну, развитие сети современных морских портов стало неотложной задачей экономики Вьетнама. В 90-тых годах прошлого века и в начале XXI века осуществлялось большое техническое переоснащение морского флота, морских портов(МП), значительно увеличился тоннаж, повысились грузоподъёмности судов. Флот пополнился судами, специализированными по роду перевозимых грузов и комбинированными. Увеличилась мощность судовых энергетических установок, внедрена автоматизация ряда производственных процессов на судах, созданы современные суда с новыми принципами движения, с новой технологией перевозок, обеспечивающей более безопасное и безотказное мореплавание.

Современные МП представляют собой сложные иерархические структуры, включающие судовые компании и флоты, системы навигационного и информационного обеспечения, систему управления МП, а также взаимосвязанные с МП средства вывоза грузов с помощью наземного транспорта. При этом портовый комплекс является, как правило, конечным элементом региональной производственной структуры. Примерами подобного могут служить порты Хайфон и Хошимин расположенные на севере и юге СРВ и имеющие одноименные портовые терминалы в конце технологической цепочки всего процесса переработки и транспортировки грузов. Как правило, речь

идет о гигантских комплексах, достигающих в стоимостных выражениях нескольких десятков миллиардов долларов с учетом всей инфраструктуры.

Однако недостаточно тщательная предварительная проработка облика создающихся новых МП приводит к существенному удорожанию проектов, а также к недостаткам функционирования, которые вскрываются уже при реальной эксплуатации. Поэтому исследование проблем, связанных с повышением уровня эффективности и автоматизации предварительных проектных работ, связанных с математическим моделированием, системным анализом и оптимизацией облика перспективных МП, а также модернизацией существующих, представляется актуальным и практически важным. Только предварительные исследования с помощью математических моделей и оптимизационных процедур позволяет дать объективное заключение о целесообразности создания портовых комплексов с требуемыми характеристиками и свойствами, в том числе экономическими, что особенно важно в условиях рыночной экономики.

Анализ структуры, состава и режимов функционирования МП показывает, что повышение качества их функционирования и снижение всех стоимостных показателей может быть обеспечено:

повышением качества предварительного проектирования структуры МП, его объемности, геомегрико-пространственных характеристик МП, компоновки основных элементов, состава и характеристик транспортных средств, а также основного технологического и вспомогательного оборудования МП(зон погрузки-выгрузки, хранения, транспортных зон и магистралей, ремонтных зон и т.д.);

применением и рациональным использованием контейнерных систем хранения и транспортировки партий грузов;

- улучшением планирования и управления всего МП. Оптимизация структурных и объемных характеристик МП (включая внешние транспортные сети и терминалы), а также системы управления и планирования комплексов должна проводиться согласованно, обеспечивая синхронизацию показателей эффективности (производительности) различных единиц транспорта, функциональных участков и зон, исполнительных модулей .и оборудования, но и, кроме того, также экономических характеристик функционирования МП в целом. Если повышение эффективности транспортных средств или специализированного портового оборудования определяется в основном уровнем специальной технологии, то улучшение структурных и объемных характеристик, а также системы управления и планирования может дать большой эффект и на существующей технологической базе, что особенно важно при решении задач модернизации уже существующих МП .

Таким образом, настоящая работа, направленная на построение математических моделей и оптимизации процессов развития МП, а также алгоритмов планирования и оптимизации существующих МП представляется актуальной и практически важной, как для науки и техники, так и для народного хозяйства и экономики многих стран, включая Социалистическую Республику Вьетнам.

Вопросами моделирования и проектирования эффективных портовых комплексов занимались многие учёные. Особое значение для решения поставленных задач имели работы советских и российских учёных: Романовского Ф .Д., Вихрова Н.М., Ныркова А. П., Гаскарова Д.В. , Арсеньева С. П., Бакаева A.A., Горбатого М.М. Дерибаса А.И., Дукенского А.И., Ерофеева Н.И., Зубкова М.И., Власова В.М., Ирхина H.A., Бутова А.С, Ветренко Л.Д. Среди иностранных нужно отметить работы С. Г. Хосе Альберто (Куба) , Меркурьевой Н. В. ( Латвия), Брауна Р.Г., Эглитга Я.Я., Венсли К.Т.,(США).

Проблемами управления портовыми комплексами, включая проблемы контейнирования, занимались, помимо перечисленных выше, Зубков М.Н., Легостаев В.А., Пьяных С.М., Ушаков С.С., Смехов A.A., Прилуцкий М.Х. и многие другие.

Смежные проблемы, связанные с созданием эффективного математического аппарата моделирования и оптимизации, рассматривались в работах И.М Соболя, Подиновского В.В., Ногина В.Д. и Статникова Р.Б, проблемы разработки системных, алгоритмических и программных средств экологического мониторинга, в том числе, морских портов и морского транспорта, рассматривались в работах Марчука Г.И., Строганова В.И., Борябина В.И., Попова A.A., Кочина C.B.

Обшей целью диссертационной работы является разработка математических моделей и методики оптимизации процессов развития и функционирования МП в условиях развития экономической и социальной интеграции Вьетнама в мировую экономику. На защиту выносятся;

- анализ геоэкономического положения и природных условий Вьетнама в рамках решения проблемы строительства системы морских портов для всеотраслевого развития страны в процессе интеграции в мировую экономику.

общие концепции развития современных портов, включая концепции развития и усовершенствования района тяготения, грузооборота, пропускной способности порта, а также исследование особенностей и устройства портов в различных условиях,

- анализ рационального распределения системы глубоководных морских портов Вьетнама для развития важных экономических районов страны и мировой контейнерной перевалочной базы, базирующиеся на концептуальных и математических моделях современных и перспективных морских портов для Вьетнама

- результаты системного анализа и моделирования структуры и состава, геометрических параметров, а также технологических процессов и информационных связей типичных современных и перспективных морских портов, контейнерных терминалов:

- модели и алгоритмы решения оптимизационной задачи минимизации затрат на создание МП при условии выполнения основных технологических требований функционирования портового хозяйства, а также ценовых ограничений на геометрические объемы и параметры местоположения МП;

- концепции, математические модели и алгоритмы оптимизации размещения компонентов портовых комплексов на ограниченных площадях путем уплотненной укладки пакетов в контейнерах и грузовых помещениях средств транспорта;

- математические алгоритмы мультикритериальной оптимизации параметров МП, на основе применения группы скалярных критериев, оценивающих техническую, экономическую эффективность деятельности МП, а также социально — экономическое, экологическое и др. влияние на развитие района тяготения МП и транспортной отрасли в целом;

- вычислительные процедуры оценки неизвестных параметров стохастических моделей МП и алгоритмических процедур оптимизации параметров МП. Результаты анализа эффективности идентификации параметров в схемах случайных марковских цепей, касающиеся анализа сходимости статистических оценок, построенных с помощью методов максимального правдоподобия и байесовского;

- комплексная информационная управляющая система МП, предназначенная для решения задач управления грузоперевозками и задач управления работой порта. Обоснование выбора применяемых решений для построения системы связи (сетевых технологий), обеспечивающей информационное взаимодействие элементов всей системы МП и пользователей;

- методология, рассматривающие морской порт, окружающую среду и обслуживающую морской порт транспортную систему как единую структуру геоэкологической системы, включающие в себя задачу управления окружающей средой на транспорте с формулировкой целевого функционала. Структуризация и оптимизация систем экологического мониторинга в ареале деятельности морского порта с введением подсистем прогнозирования состояния окружающей среды и управления качеством этой среды.

Научная новизна работы заключается в создании:

- концепций, математических моделей и алгоритмов оптимизации развития МП, включая контейнерные портовые комплексы, в условиях рыночной экономики;

- методов и алгоритмов оптимальной компоновки МП на базе разработанных алгоритмов оптимального геометрического проектирования и приближенных алгоритмов оптимального расположения элементов МП на местности;

- методов и алгоритмов проектирования эффективной информационной управляющей сети МП;

- методов и алгоритмов оптимизации параметров МП, основанных на применении оценки поверхности Парето - оптимальных решений и идентификации параметров марковских моделей в вычислительных схемах оптимизации динамических моделей функционирования МП;

- методики и моделей анализа источников и причин негативного воздействия систем МП и обслуживающего их видов транспорта на экологическую обстановку окружающей среды и алгоритмов экологического мониторинга МП.

Методы исследований: выполненные теоретические исследования и практические расчеты базируются на использовании математической статистики, исследовании операций, математического программирования, оптимального управления, принятия оптимальных решений, а также современных методах программирования и компьютерного моделирования.

В основе синтеза алгоритмов управления и анализа их работоспособности лежат экспериментальные статистические данные о работе МП , полученные в результате исследований, проведенных в Главном техническом Морском Управлении Вьетнама при участии автора. Общей методологической основой всех исследований является системный подход. Достоверность полученных теоретических и прикладных результатов подтверждается строгими математическими выводами при построении и исследовании моделей и алгоритмов, результатами компьютерного моделирования и проведенными полунатурными и натурными экспериментами, согласованностью полученных результатов с имеющимися в российской, вьетнамской и зарубежной литературе, данными, полученными при внедрении и практическом использовании результатов. Большая часть алгоритмов была апробирована при создании ряда проектов развития портовой системы Вьетнама, созданных при участии и под руководством автора в Главном техническом Морском Управлении Вьетнама.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность работы заключается в создании математических алгоритмов проектирования новых и модернизаций существующих МП и алгоритмов управления их эксплуатацией.

Диссертация выполнена в соответствии с планами научно-технических работ Министерства транспорта Социалистической Республики Вьетнам на 2005 - 2010 гг.

Тема диссертации связана с планом совместных работ между Институтом машиноведения им. A.A. Благонравова РАН, а также Научно-исследовательский и экспериментальный Институт автомобильной электроники и электрооборудования с научно - исследовательскими организациями и Университетами СРВ.

Результаты диссертационной работы получили свое воплощение в виде практического внедрения на ряде предприятий и институтов. В частности математические модели и алгоритмы реализованы в виде методик и пакета прикладных программ и использовались:

- в научно - исследовательских работах Института машиноведения им. A.A. Благонравова РАН, в том числе в совместных работах Института с научно - исследовательскими организациями и Университетами СРВ.

- в научно - производственных разработках и текущей производственной деятельности крупнейших портов Вьетнама, таких, как морские порты городов Хошимин, Бариа-Вунгтау, Хайфон, Куангнинь, Дананг, Хатинь, Тхыатхиен-Хуэ.

- в учебных курсах, научно - исследовательских работах в Национальном Строительном Университете г. Ханой, Национальном Морском Университете г. Хайфон, Национальном Транспортном Университете г. Ханой и в ряде других институтов и университетов СРВ.

- в опытно -конструкторских работах Вьетнамских портовых строительных и дноуглубительных

компаний,.

- в проектных разработках инженерно - консультационных компаний СРВ. Аиробаиия работы:

Результаты диссертационн ой работы докладывались и обсуждались на конференциях, семинарах, совещаниях в научно - исследовательских, опытно - конструкторских, экономико - финансовых и производственных учреждениях, входящих в систему Главного технического морского Управления Вьетнама, семинарах в Институте машиноведения им. A.A. Благонравова РАН, в Транспортном и Строительном Университетах СРВ, на более, чем 40 научно - технических конференциях, семинарах и симпозиумах, среди которых: научно-практическая конференции Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий. Сочи, 2009; Шестой Международный аэрокосмическмй Конгресс, 2009 г. г. Москва, Россия МГАТУ им. К.Э. Циолковского» (МФП МГАТУ; научно-техническая конференция «Строительство портов и водных путей Вьетнама», СРВ, Ханой, 2007 г.; Global port seminar UKTI. London-Liverpool, June, 2008; научно-техническая конференция « Планирование, инвестиция и эксплуатация инфраструктуры», СРВ, Ханой, 2008 г.; International seminar "Integrating Vietnam transport engineering with the world",Vietnam, Halong, 2005 г.; Asiamar Workshop ICT applications in Maritime and Intermodal Freight Transport, Thailand, Bangkok, 2004r.; Second International Conference on Asian and Pacific Coasts, Makuhari, Japan, 2004 г.; Intema-tional Seminar PIANC AGA, Japan, Fukuoka, 2004г. ; научно-техническая конференция «Северо-восточные порты Вьетнама и Международная интеграция», Ханой, 2002 г. и др.

Публикации: по теме диссертации опубликованы сто пятнадцать работ, из которых 10 статей в научных журналах, входящих в перечень, рекомендованных ВАК РФ, 8 научных монографий. Структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы и приложения.

Во введении обосновывается актуальность проблемы, формулируются цели исследования, основные научные положения и результаты, а также практическая ценность и степень апробации работы. В первой паве диссертации исследованы вопросы организации деятельности МП. Рассмотрены общие концепции развития современных портов, района тяготения, грузооборота и пропускной способности порта. Рассмотрены особенности и устройства портов в различных условиях, классификация портов, описание морских портов СРВ и прогноза развития контейнерной перевозки в СРВ к 2011 - 2012 гг. Система морских портов Вьетнама (рис. 1.1) - часть инфраструктуры транспорта и используется не только для удовлетворения требований, вытекающих из тенденций социально-экономического развития в стране, требований к хранению, перемещению товаров и пассажиров, но и играет роль стимула для развития и экономической интеграции приморских регионов и других районов всей страны. Это и шанс на то, чтобы превратить мореходную экономику и ее услуги в ведущий сектор среди ключевых экономических секторов, а также способствовать консолидации власти, безопасности и национальной обороны, сохранения национального суверенитета на приморские и морские территории.

Морские порты являются важнейшей частью в цикле работы любого промышленного парка или зоны переработки продукции на экспорт - в частности, и экономической деятельности развитых районов - в целом. Поэтому проблемы создания , эксплуатации и развития морских портов вызывает огромный интерес как у руководителей страны, органов государственного управления, так и у частных отечественных и иностранных компаний и инвесторов. Конкурентоспособность товаров на международном рынке в настоящий момент во многом зависит от транспортных расходов. Импорт сырья и экспорт продукции, реализуемый на крупных судах, позволяют существенно снизить транспортные расходы и привести к повышению эффективности инвестиций а различные экономические проекты. Основной задачей порта является перевозка грузов и пассажиров между

водными и наземными видами транспорта. Порт также представляет собой транспортный узел, где встречаются различные виды транспорта: морского, речного, железнодорожного, автомобильного и трубопроводного.

Рис. 1.1 Система морских портов Вьетнама

С современной точки зрения, в дополнении к основным задачам по приему, хранению, отгрузки -выгрузки товаров, порты осуществляют функции по простой перевалке товаров и логистике, это приносит большой экономический эффект.

В будущем, порты будут иметь достаточно большие складские комплексы для удовлетворения всех видов деятельности предприятий. Таким образом, в дополнение к основным задачам, порт также играет роль важнейшего звена в бизнес цепочке производства и поставке товаров и услуг в целом. Тогда, деятельность портов тесно связывается с эксплуатацией таких современных и перспективных экономических образований, как свободные экономические зоны, зоны свободной торговли, промышленные парки, зоны переработки продукции на экспорт и т.д. (рис. 1.2).

Рис. 1 2 Модель развития перспективных морских портов. (1) - зона свободной торговли: (2) - промышленный парк; (3) - свободная экономическая зона.

Современные МП представляют собой сложные иерархические структуры, включающие судовые компании и флоты, системы навигационного и информационного обеспечения, техсистему МП, а также взаимосвязанные с МП средства вывоза грузов с помощью наземного транспорта. При этом портовый комплекс является, как правило, конечным элементом региональной производственной структуры. Примером подобного может служить порт Хайфон, расположенный на севере СРВ и имеющий одноименный портовый терминал в конце технологической цепочки всего процесса переработки и транспортировки грузов. Как правило, речь идет о гигантских комплексах, достигающих в стоимостных выражениях нескольких десятков миллиардов долларов с учетом всей инфраструктуры.

В работе достаточно подробно проанализированы такие понятия, как: - район тяготения, грузооборот и пропускная способность порта,

- классификация портов по таким основным признакам, как район плавания обслуживаемых судов; тоннаж и осадка обслуживаемых судов; назначение; географическое положение; навигационные условия судоходства; роль в международном и внутреннем грузообороте, объем и структура грузооборота и технической оснащенности характеру, а также полноте оказываемых услуг судам и др.

Большое внимание в главе уделено вопросам организации контейнерных перевозок, занимающих доминирующий объем в мировом объеме транспортных операций. При этом контейнеризация перевозок позволяет обеспечить доставку грузов по системе от поставщика до конечного

потребителя непосредственно, создать системы сквозных транспортных маршрутов доставки грузов с участием различных видов транспорта, оптимально использовать преимущества железнодорожного и автомобильного транспорта. Основными показателями функционирования контейнерной системы, характеризующими плановое задание и зависящую от нее степень

достижения глобальной цели обслуживаемой системы, являются плановый ^ п1 (Г) и

фактический ) объемы контейнеризируемого груза, доставляемого потребителю в течение

планового договорного (контрактного) периода Т.

На основании работ Романовского Ф.Д. в Главном Морском Управлении Вьетнама при участии автора разработана единая технология уплотненной укладки пакетированных грузов в грузовых помещениях и на средствах транспорта, а также необходимую технологическую оснастку к универсальным погрузчикам и компьютерные программы для выбора схем размещения пакетов. Уплотненная укладка основана на регулировании длины и ширины щтабеля по размерам грузового помещения путем подбора числа пакетов в ряду и поворота их в плане относительно друг друга. С помощью математического моделирования показано, что при применении уплотненной укладки пакетов вместимость контейнеров и автомобилей увеличивается на 4-9%, вагонов - на 12-22%, складов - на 11-17%. Подробный анализ современного состояния и прогноз перспективного развития контейнерной перевозки СРВ приводятся автором в Приложении к диссертации. Во второй главе разработаны математические модели и алгоритмы оценки и оптимизации процессов развития и функционирования морских портов.

Автором разработана общая концепция управления процессами развития МП, базирующаяся на оптимизации дискретных имитационных моделей функционирования МП.

В дискретные моменты времени ti (i=0,...,k) осуществляется выбор одного из заданных N возможных вариантов u(l),...,u(N) управления работой динамической системы МП с вектором состояния x(ti) (i=0,...,k) (вектор х(-) размерности п, вектор и( ) размерности ш, (п,ш>1). Эволюция вектора состояния х(-) определяется оператором перехода Ф:

x(ti+1) = o[x(ti),u(t1),^(ti)l

где E,(t j) — 1 -мерный вектор шумов, действующий на систему; u(ti)- вариант управления динамической системой, выбранной на момент ^.Задана некоторая (обычно скалярная) функция потерь l|x(ti),U(lti)i=0)...JOj.

Задача выбора вариантов управления состоит в определении вариантов управления u(lt ) (i = 0,..., к), обеспечивающих решение задачи оптимизации:

), u(lti), ) i = 0,..., kJ}-> шах

на множестве допустимых значений:

{x(t 0,11(1,), i = 0,...,к}е D.

Принцип адаптации по_ прогнозирующей оценке эффективности состоит в использовании модели р, прогнозирующей оценку эффективности функционирования системы:

n

й = и ^¡»

¡ = 1

где - частная (этапная) модель эффективности функционирования на отдельном ¡-м этапе целевого применения системы. На различных траекториях модели р считаем заданным некоторый функционал - критерий эффективности Г. Основным требованием к структуре модели является возможность вычисления для каждого момента времени I математического ожидания критерия

эффективности F( при условии имеющейся к моменту времени реализации процесса

x[x,t0 <x<t]:

[Х(ГЛ ^T<t)] = M{F[x(r,< тх </J]x(r2,/0<r2 </)}.

Показано, что, для управления с адаптацией требуется решение задач:

- идентификации неизвестных с одновременным определением необходимых объемов статистической информации, обеспечивающих нужную точность оценки параметров;

- выбора требуемого (оптимального) варианта продолжения процесса функционирования, адаптированного к структуре оптимизируемого критерия и условиям дефицита времени на принятие решения.

Совокупность моделей ц, (i¡ (i=l,...,N) формируется с помощью различных принципов -аналитического и имитационного моделирования.

В третьей главе рассматриваются вопросы анализа эффективности идентификации неизвестных параметров аппроксимации поведения статистических оценок в вычислительных схемах, которые применялись для оптимизации процессов развития и функционирования морских портов. Для этого в работе получены ряд новых теоретических результатов и разработаны вычислительные схемы получения оценок точности статистических аппроксимаций, в частности, с помощью многомерных нормальных распределений.

Рассматривается (XI,..., Хп) - повторная независимая выборка размером п из генеральной совокупности с распределением Р0, зависящим от параметра 0 е 0. Через 00 всегда обозначается "истинное" значение параметра. Для каждого 0 е 0, Р0 есть вероятностная мера, заданная на измеримом пространстве (X, U), а параметрическое множество 0 с Rm (Rm - m-мерное евклидово пространство).

Оценка максимального правдоподобия (ОМП) параметра 0 по выборке xl,..., хп определяется как

Л

такое 0П, которое обеспечивает SUp J-J f (х , Ó ). Здесь производные Радона -

вев ; = 1

Никодима:

dP

fix,в)

а //

относительно ст - конечной меры ц, заданной на (X, U)..

л

Байесовской (относительно функции убытка S(-) ) называется такая оценка 0п , которая минимизирует выражение

L(d) = \я{в)у{йв) ^[^„.„xj-^xfl/íx,.,^)^).

х" i=l

Большое практическое значение имеет вопрос о состоятельности статистических оценок в 0 и скорости сходимости, т.е. о выяснении условий, при которых для всякого 0Ое 0 и для каждого е > 0

ро\вп-в0\т>£\->0 при п —> ос и количественной оценки качества соответствующего приближения. Здесь 0п - оценка параметра, г - норма в евклидовом пространстве Rm .

Общий подход к проблеме состоятельности статистических распределений получен в монографиях Дж. Русаса и Ш. Закса , где рассмотрены различные проблемы сходимости оценок. В частности, приведена теорема:

Теорема. Пусть Ее — {Х^,и", Рд^ ,6 С ©] - семейство экспериментов, которым отвечают функции правдоподобия Ре (х£, 0). Положим

Ре(х\в + п)

и еи = 0 - 0. Тогда для состоятельности оценки максимального правдоподобия достаточно, чтобы для всех 9е© и любого у > О

ру supz(^ (я)>1 Up.

11 - {sfi) \u\>r

В случае, когда параметрическое пространство 0 состоит из конечного числа точек, достаточные условия сильной состоятельности ОМП формулируются следующим образом:

1) Если б , ф - точки ©, 9 Ф ф, то

м{Пх,в Ф f{x,<p)}> 0.

2) Если г(в,= то eAz1 (в,<р)ех?{12{в,(р})< in-

fix,<Р)

Для всех 90 е 0 и t € [ -1,0]. (Е9{ - }- символ математического ожидания, соответствующего значению параметра, равному 9). Скорость сходимости ОМП является экспоненциальной:

1 - ^ = }< ехр{- С2 •«}

(С 1, С2 > 0 - константы).

В настоящей работе доказываются следующие, более сильные утверждения, которые используют более слабые ограничения.

Теорема 1. Для того, чтобы ОМП в была сильно состоятельной в 0 = {90,...,9Ы} необходимо и

достаточно, чтобы /л{/{Х, в$ ) = /(Х, в,)} > 0 для всех в, Ф <9, (0, Д £ 0).

Справедлива следующая

Теорема 2. Байесовская оценка дп , задаваемая равенством

ЁядП Kx»e№ej)

Gn= _,

Е(Пл^.^ж^)

!t(Gj)>0 (0 < j < N) и = 1

j=0

состоятельна в 0 {60,...,614} тогда и только тогда, когда выполнено условие /и{/(.V, вх ) Ф /(X, 6>} > 0 для всех 61 * 68 (61, 6з е 0).

Скорость сходимости также экспоненциальная:

1.

Далее полученные результаты расширяются на случай марковских моделей наблюдений с получением вычислительных схем оценок потребного объема наблюдений (реализаций), а также важной с практической точки зрения задачи получения нормальных аппроксимаций статистических оценок для марковской схемы наблюдений, удовлетворяющей условию эргодичности Деблина. В главе четвертой рассматриваются постановка и алгоритмы задачи управления развитием и функционированием морских портов на основе формирования компромиссных решений в многокритериальной оптимизационной постановке.

Данная постановка приводит к формализации в виде задачи векторной оптимизации с рациональным выбором критериальных ограничений. Конкретизируем задачу. Пусть D - некоторое непустое подмножество евклидова пространства Rm, F(x)=(F](x),...,Fk(x))t - критерий - функция цели, каждый компонент которой желательно минимизировать. Будем считать что F(x) < F(y),'ecnH Fj(x) < F,(y); F(x) = F(y), если Fi(x) = Fj(y); F(x) < F(y), если Fi(x)<F|(y), и существует j такое, что Fj(x) < Fj(y)

Далее приводится диалоговый алгоритм многокритериальной оптимизации. Алгоритм основан на диалоговых алгоритмах рандомизированной выборки И.М Соболя и Р.Б Статникова, представленный в виде адаптивной версии этих алгоритмов, со следующими модификациями, предложенными автором:

- неравномерного априорного распределения на множестве О, что отражает наличие априорной информации о распределении оптимальных параметров,

- адаптивное изменение принципов стохастического поиска в процессе его реализации, т.е. применение обучаемого случайного поиска.

Основной характеристикой разработанного в работе многокритериального алгоритма является его акцент на суждение лиц, принимающих решение (ЛПР), на установлении целей и критериев, оценке относительной важности весов и, в некоторых пределах, в составлении суждений о вкладе каждой альтернативы в каждый характеристический критерий. Субъективность, которая присутствует при этом, может быть вопросом для обсуждения. В его основе лежит собственно выбор альтернатив, сделанный ЛПР, их выбор критериев, назначение весов и оценки достижения целей. Разработан алгоритм статистической оценки дискретной аппроксимации границы Парето компромиссных решений, что позволяет дать оценку рациональных решений по оптимальному управлению МП: определим множество недоминируемости в пространстве аргументов соотношением

В случае скалярной функции И алгоритм основывается на факте возможности аппроксимации функции распределения группового (случайного) минимума Б некоторым предельным распределением Ф(у;е,а,т]),зависящим от параметров е,ст,г]:

0И=1.....к).

Nx ={х:хе D: Зу е D: F(y) < F(x)},

в пространстве значений

F(x) - Nf = {F: F = F(x), x e Nx}.

У * у < s.

Здесь - со<е<оо, ст>0, г]>0 - параметры минимума, масштаба и формы распределения Ф(у;£,а,г]). Параметр е дает искомое значение ГПШ Р ( X ) •

хеБ

В рассмотрение вводятся п выборок, каждая из которых размером в N членов, взятых из генеральной совокупности {Р©} , где Е, - случайная величина, распределенная на О по некоторому закону (при отсутствии априорной информации можно считать \ распределенной равновероятно на

17 *

Э). Пусть Г1 | - случайный минимум Р в ¡-й группе (¡=1,...,п). Для практических задач с

* *

вероятностью, близкой к 1, можно принять гипотезу о независимости величин Г ^ ..,Г ^ . Задача определения параметра

с = 1тпп Б(х)

хеБ

решается с помощью статистических методов оценки параметров распределения по выборке * *

Р^ ,...,Р| . Для вычисления оценок векторного параметра 9=(е,а,г|) используются следующие

методы: метод моментов, метод максимального правдоподобия и метод байесовских оценок. Эффективность и сходимость этих методов рассматривается в главе 3.

На основе данного подхода разработан численный алгоритм статистической оценки экстремальных значений целевой функции и алгоритмы статистической оценки многомерной поверхности недоминируемых значений векторной функции критерия развития и функционирования морских портов для случая векторной оптимизации параметров МП.

Далее решаются задачи синтеза математических моделей оптимального оперативного управления морскими портами. Этому вопросу посвящены многочисленные работы, среди которых отметим работы Гаскарова Д.В., С. Г. Хосе Альберто, Вихрова Н.М., Ныркова А.П. Егорова А.Н. и др. Автор настоящей работы является руководителем ряда проектов Вьетнама, связанных с созданием эффективных систем управления морскими портами Вьетнам, а также руководителем создания ряда стандартов, регламентирующих создание, внедрение и использования компьютерных информационных управляющих систем морских портов Вьетнама.

Для синтеза системы осуществляется декомпозиция системы планирования и оперативного управления работой порта на двухуровневую систему. На нижнем уровне содержатся подсистемы «порт», которые проводят непосредственно обслуживание и грузовую обработку судов в условиях относительной самостоятельности. Координация функционирования подсистем нижнего уровня осуществляется подсистемой верхнего уровня, управляющей входящим судопотоком. Рассматриваемыми следующие вопросы:

- модель распределения судопотока по портам,

- алгоритм решения задач оперативного планирования работы портов на основе мультик ритериального подхода.

Система оперативного управления обслуживанием судов показана на рис. 4.1. Основные параметры подсистем 1-го уровня - это параметры из непрерывного плана-графика работы порта (НПГРП) по находящимся в 1-м порту судам, вариант расстановки судов по причалам и очередности грузовой обработки; вариант расстановки и объёмы ресурсов (трудовых, перегрузочных, транспортных) по судам, причалам; распределение объёмов грузов по вариантам работ и причалам и др.

Рис. 4.1 Иерархическая двухуровневая система оперативного управления обработкой судов

в портах страны

Формируются: вектор состояния, вектор выходных переменных, вектор обобщенных выходных переменных связи со 2-м уровнем, вектор управляющих переменных, вектор внешних возмущений. Основными задачами, решаемыми в подсистемах 1-го уровня, являются:

- разработка планов обработки судов;

- разработка непрерывного плана-графика работы порта;

- сменно-суточное планирование обработки транспортных средств в порту.

План обработки судна определяет нормативное время и обслуживание судна, состав и последовательность выполнения планируемых операций, нормативную численность технологических линий и занятых портовых рабочих.

НПГРП составляется на декаду и уточняется ежедневно (дополняются на сутки) при поступлении новой информации. Составление НПГРП осуществляется по принципу скользящего планирования. НПГРП определяет нормативные (плановые стояночные) сроки обработки судов и требуемые по нормам основные ресурсы порта. Выбор компонента вектора управления осуществляется при решении ряда взаимосвязанных и взаимообусловленных конкретных задач, которые можно формализовано записать в общем виде:

та ^{ф^/(К(,Ь1,Г()}

е , , (4.1)

к{,ьс,г(

при условиях:

- обеспечения выполнения нормативных сроков (по НПГРП) обработки транспортных средств:

- обеспечения выполнения месячных производственных и финансовых планов:

- обеспечения непревышения имеющихся ресурсов и нормативов по численности портовых рабочих и концентраций технологических линий.

V1 Те г1

где {Л. ,1-1,1 )еД где О - область допустимых значений параметров . В качестве функции

Ф выбирается максимальное сокращение времени стоянки судна в порту или же минимум затрат на погрузочно-разгрузочные работы.

Для описания подсистемы 2-го уровня используются: матрица номенклатур грузов, обрабатываемых в каждом из портов; матрица расстояний между портами; матрица расстояний от каждого порта до каждого пункта; матрица себестоимостей перевозки единицы груза данной группы

от портов до конечных потребителей; матрица производительности технологических комплексов в портах; матрица технико-эксплуатационных характеристик (размеры причальных линий, глубина подходных каналов); себестоимость погрузочно-разгрузочных работ; денежные затраты на выполнение грузовых операций и транспортировку грузов до конечных потребителей работе по выбранному варианту; время переходов при работе судов по выбранному варианту; стояночное время (ожидаемое) при работе судов по выбранному варианту; время ожидания (ожидаемое) судов, в очереди, начало грузовых операций и др.

Вводятся : вектор состояния для подсистемы 2-го уровня, вектор выходных переменных, по которым производится управление, вектор локальных управляющих воздействий, вектор управления, полученный в результате решения задачи координации, вектор управляющих воздействий, получаемый подсистемой 2-го уровня.

На этом уровне системы решается задача распределения судов по вариантам работ (задача самоуправления), на основе которых в данный момент времени суда получают назначение на обработку в определенный порт системы, обеспечивая при этом согласованную работу подсистем (задача координации подчиненных подсистем). В результате получается вектор = (\¥т), (т - число судов) оптимальных вариантов работы судов, охватывающих все время пребывания судов в системе в течение планового периода.

Целью решения задачи координации является назначение судну порта следования в фиксированный момент времени. В результате подсистемы 1-го уровня получают вектор управляющих воздействий от подсистемы 2-го уровня.

Рассмотрим модель распределения судопотока по портам по минимуму суммарного времени пребывания судов в системе. Решению задачи предшествует формирование множества технологических вариантов работы (ТВР) судов, зависящего от возможных, согласно коммерческому графику и технико-эксплуатационным характеристикам судов, портов захода и расположения грузов на судах. При этом должен соблюдаться порядок следования операций выгрузки и погрузки.

Основные параметры модели примем: множество судов, вводимых в график в плановом периоде; Ш - множество ТВР, множество направлений вывоза грузов из портов страны; индекс пунктов назначения вывозимых грузов; множество портов страны; время пребывания судна в системе при работе по принятому варианту; суммарный объем грузовых работ при обработке судна в порту принятому варианту; количество груза, погруженного в судно в порту при работе по принятому варианту и др

Задача оперативного управления системой портов в условиях Вьетнама таким образом рассматривается в однокритериальной постановке: Целевая функция:

/■=У УУ- х —>пж

J ' ' ' ГгиГ IV!

Ш1 чёУ

Ъ» - время пребывания ¡- го судна в системе при работе по варианту V/; X™ _ { 1 - если ¡-е судно работает по варианту V/, 0- в противном случае). Ограничения:

- каждое судно назначается на единственный вариант работы,

- по выполнению планового (из месячного плана) объема грузовых работ портами,

- по соответствию пропускной способности складов,

- по наличию грузопотока и др.

Однако целесообразно решение учетом ряда критериев:

/, II и' гшп,

/2 II I и' тт.

/з = I / I н' тт

где // - минимум пребывания судна в системе,/, - минимум оплат в инвалюте, /3 - минимум затрат на обработку и доставку грузов.

Задачу распределения судопотока по портам можно определить таким образом, как оптимизацию при ограничениях векторного критерия/=(//, fi.fi).

Таким образом, задача распределения судопотока по портам поставлена как задача многокритериальной оптимизации с целочисленными (булевыми) переменными. В работе предлагается многошаговый алгоритм решения многокритериальных задач оптимизации, на каждом шаге которого новое решение отыскивается во вновь суженной области Парето, исключающей предыдущее решение и включающей наиболее предпочтительные с точки зрения ЛПР точки. Качество решения оценивается с помощью синтезированных оценок значений Парето -поверхности, полученных с помощью алгоритма оценки экстремальных значений критериев. В пятой главе рассматриваются вопросы разработки научно - методических концепций компоновки территории и расположения морских портов. Задача эта важна с практической точки зрения, так как выбор расположения МП, компоновки его основных элементов имеет большое, решающее значение как для эффективности его использования, так и для социально - экономического развития региона расположения порта в целом.

При компоновке территории морского порта следует предусматривать: зонирование территории порта; районирование порта по технологическим функциям и специализацию грузовых причалов (перегрузочных комплексов); рациональное взаимное расположение районов различного

технологического назначения с соблюдением в необходимых случаях установленных разрывов, а также - компактное целесообразное размещение и блокировку портовых зданий и объектов комплексного обслуживания транспортных судов.

В составе морского порта в общем виде различаются следующие территориальные зоны: операционная зона грузовых причалов; производственная зона грузовых районов порта; зона общепортовых объектов; зона пассажирских операций; предпортовая зона.

Операционная зона грузовых причалов, производственная зона грузовых районов порта и зона общепортовых объектов входят к состав режимной территории порта.

Операционная зона грузовых причалов предназначена для размещения основных технических объектов и средств порта, непосредственно участвующих и перегрузочном процессе: причалов, складов, перегрузочного оборудовании, погрузочно-разгрузочных фронтов железнодорожного и автомобильного транспорта и др. Размеры операционной зоны принимаются в соответствии с технологической схемой перегрузочных работ.

Производственная зона грузовых районов располагается, как правило, смежно с операционной зоной причалов, находится за пределами территории, на которой осуществляется перегрузочный процесс, и предназначена для объектов районного назначении. Номенклатура районов порта включает:

- грузовые районы (в зависимости от возможного грузооборота генеральных грузов со специализированными участками для контейнеров, навалочных грузов, лесных грузов наливных грузов, зерновых грузов.

- пассажирский район.

- район комплексного обслуживания транспортного флота.

При проектировании порта должны быть учтены особенности расположения районов различного назначения, их роль и функции в выполнении производственных процессов порта, а также необходимость использования конкретных естественных факторов. Особенное значение имеют вопросы компоновка акватории морских портов.

В проектных решениях по компоновке акватории, исходя из эксплуатационных требовании, должны соблюдаться установленные необходимые размеры ее составляющих элементов, обеспечивающих единовременный вход (или выход) одного судна, входных ворот, примыкающего к ним участка, подходного канала и входного рейда, т е. элементов, влияющих на безопасность и продолжительность ввода и вывода судов.

За расчетную ширину входа принимается ширина по нормали к оси входа в порт на расчетной глубине.

Ширина входа (при одностороннем движении судов) определяется по формуле:

В = В + — Ьс +УГ 8Ш/? + АВ (5.1)

Вс - ширина расчетного судна, м;

наибольшая длина расчетного судна, м; Уд - скорость сноса судна под действием течения и ветрового дрейфа, м/с; V - скорость хода судна на входе в порт, м/с;

tр - время рыскания судна (принимается равным 60 с), с;

В - угол рыскания, град,

ДВ - запас ширины, принимаемый во избежание соприкосновения судна с оградительными сооружениями или откосом, м. Скорость сноса судна

Уд=у, + увд (5-2)

где

v, - скорость течения нормального к диаметральной плоскости судна, м/с; уи - скорость ветрового дрейфа нормального к диаметральной плоскости судна, м/с. Величина v,, вблизи входа в порт принимается по данным гидрологических наблюдений. Величина увд принимается в зависимости от ветрового района и характеристики судна. Пропускная способность входа в порт определяется по формуле:

_ 8640.Кн.Км,т (зз)

'2

где

рмес ^ количество Судов, которые могут войти и выйти из порта в месяц;

К„- коэффициент использования входа в порт по времени;

К„с- коэффициент, учитывающий увеличение продолжительности или прекращение операций ввода-вывода судов по метеорологическим условиям;

12 - продолжительность периода соответственно ввода и вывода судна, мин. Величины I, и 12 определяются в зависимости от конкретных условий проектируемого порта и тоннажа судов.

Выбор типа бассейна (узкого или и широкого) производится в проектах в зависимости от общей компоновки района порта. Допустимая наименьшей ширина узких бассейнов определяется в зависимости от размеров судна и длины бассейна по табл. 5.1.

Таблица 5.1

Длина бассейна,кратная числу причалов Бассейны с односторонним расположением причалов Бассейны с двусторонним расположением причалов

Один Два-три 2Вс +ДВ5 4Вс +ЛВб ЗВс +ДВб 5Вс +В6

Здесь Вс - ширина судна, м; ЛВб - запас ширины для работы буксиров, м.

В целом, при проектировании перспективных морских портов необходимо проводить технико -экономический анализ компоновочных решений с учетом как технических аспектов проблемы, так и социально - экономических последствий. Это обусловлено тем, что в настоящее время МП играют значительную роль не только для решения вопросов транспортных перевозок, но являются и градообразующими объектами для территории их расположения.

В шестой главе осуществляется исследование проблем, связанных с системным анализом, математическим моделированием и оптимизацией облика перспективных строящихся МП, а также модернизацией существующих.

Автором проведен подробный анализ существующих в современной научно - технической литературе методов решения подобных задач. В частности, приведены численные алгоритмы задач размещения в линейной постановке, а также вопросы сведения исходной задачи к задачам о покрытии множеств.

Рассматривается применение теории так называемых оптимизационных Е-задач (теории геометрического программирования) к проблемам оптимизации геометрического облика МП. Сформулированы основные требования, которым должны удовлетворять задачи геометрического проектирования указанного класса. Любая Ек-задача, так или иначе, связана с точечными множествами - ф-объектами, индуцируемыми геометрической информацией. При этом каждый ф-объект обладает конкретной геометрической формой, задаваемой каноническим уравнением, а его положение в пространстве однозначно определяется параметрами размещения. В Ек-задачах возможны отображения Р двух видов.

В первом случае метрические характеристики геометрической информации £ о совокупности ф-объектов во, 5„ фиксированы, т.е.не являются переменными этой информации. Такие задачи

назовем Ек-задачами с неподвижными границами. Во втором случае некоторые метрические

характеристики ГП £ |т ^ ф-объекта Бц являются переменными геометрической информации

Эти задачи назовем Ек-задачами с подвижными границами. В Ек-задачах с подвижными границами некоторые метрические характеристики (переменные информации g) могут быть взаимосвязаны. Естественно, это приводит к появлению соответствующих уравнений связи. Например, такой факт имеет место при преобразованиях , для которых выполняется условие гомотетии.

Всякая оптимизационная задача геометрического проектирования сводится к поиску экстремума функционала х па некотором множестве Гей (многокритериальные задачи нами не рассматриваются). Из требований, предъявляемых к Ек-задачам, следует, что при оптимизации функционала осуществляются только собственные конгруэнтные преобразования ф-объектов - ■Эп. При этом в Ек-задачах в общем случае

где % = (§1, 4г.-.-, ¡») - переменные, не являющиеся элементами компонент информации £ =

- переменные информации g. При решении Ек-задач геометрического проектирования необходимо соблюдение определенных взаимоотношений между ф-объектами Эь вг,..., §„. При этом задачи могут быть классифицированы как задачи размещения и задачи покрытия.

Анализ особенностей Ек-задач показывает, что оптимизационные Ек-задачи геометрического проектирования относятся к классу сложных нелинейных многоэкстремльных задач математического программирования большой размерности с громоздкой системой ограничений. Использование специфики каждой конкретной задачи дает возможность применять специальные методы решения, описание и обоснование которые дают возможность создания эффективного (хотя приближенного) алгоритма оптимизации компонентов МП.

Создание нового алгоритма обусловлено тем, что существующие алгоритмы имеют недостаточные свойства сходимости при условии нерегулярной структуры оптимизируемого функционала критерия и требуют огромных, практически нереализуемых ресурсов компьютерных вычислений. Задача оптимизации пространственного облика МП состоит в следующем: сократить затраты на создание нового МП при условии размещения всего необходимого технологического оборудования и функциональных зон, создания удобной внутренней транспортной системы, а также внешних транспортных терминалов. Эта задача математически формулируется следующим образом. Пусть СТМП - стоимость создания нового МП, С1еч,пя - стоимость отводимого для МП земельного участка, Сстроения- - стоимость многоэтажных строений, возводимых для МП,

СТМП Сзеу^я ^ "стросипя-Если ПБ - площадь зоны МП, а Ш| - площадь строений, то

С,е,™= СС Ш. Ссф,,,„„--/? ГО1 , а, ¡3 = С01151. Пусть Ж)/0 (/ = 1,..., ) - площадь 1-й компоненты МП, которая может быть

размещена только на этажах или на земле, 11 u j МП, которая может быть размешена этажах. Тогда

ITS j ' j— 1,.ft 2 ~ площадь j -й компоненты

^ns'p <ns<nsx.

1=1 j=1

Пусть §' - ширина внутрипортовых поездов на земле (первом этаже), а § - ширина поездов на втором уровне (этаже) - для случаев большей этажности строений МП количество ограничений растет и формируется аналогично. Тогда расстояния между компонентами на земле и втором этаже

должны быть больше

S\ S2 :

z, =1,...,/?,,¿2 =1 ix

Для любых точек Zи Z^

V z^ е , V z£> е S}?, d(s™, )=d(z, ) > s

у, =1,.у, =1,...,и2,

Л * j2y Z™ z™ eS™

Таким образом, задача оптимизации размещения отдельных элементов ПК формулируется следующим образом:

найти размещение функциональных компонентов в зоне МП такое, что

(allS + ßIISi) min

(поразмещенияч)

¿775"' < TIS,

Типовая компоновочная структура территории морского порта описана в главе 5. В более сложных случаях отдельные компоненты (подсистемы) МП могут разбиваться на отдельно функционирующие части, увеличивая общее число взаимных связей. В общем случае типовой МП состоит из 30 — 40 отдельных территорий, включенных в общую площадь МП. В общем случае пусть общая зона МП S площадью nS включает в себя отдельные зоны компонент Si,...,Sn площадями nS|,...,nSn общей численностью п (п>1). С точки зрения теории множеств основные принципы взаимосвязи множеств Si,...,Sn и S можно формализовать следующим образом: для всех i=l,...,n: Si <S, для всех ij=l,...,n: S,n SjPi Sj =0, если i^j ( 0 - символ пустого множества).Таким образом, критерий качества распределения компонентов МП может оцениваться по формуле: F=nS-inSi, которую следует минимизировать при наличии геометрических ограничений: V i = l,...,n : S; с S; V ij = l,...,n : Sj гл Sj = 0. При этом оптимизация проводится по всем распределениям S: i = 1,...,п, а также по всем Se{S}, где {S} - множества геометрических фигур заданной конфигурации (например, прямоугольников) таких, что VSi, i= l,...,n : Sj < S. Множество { S } может трактоваться как все множество возможных зон МП. Заметим, что в простых случаях, когда все множества являются прямоугольниками и определяются граничными точками с координатами: S = { х,х; у,у }, Sj = { xj,xi; у¡,ys} i = I,...,n, то геометрические ограничения включения и пустого пересечения

трансформируются в линейные неравенства: Vjj i = l,...,n : х < Xi < Xj < х, у < у, < yj < у, а также, если Xmin = min { Xj,yj } достигается на i, Vg = l,...,n, Х[ < Xj < х;: Xj< Xj для V xj :xj< xj < xj. Аналогично для другой координаты.

Несколько тип ограничений определяется технологическими особенностями построения функциональной структуры и формализуется в виде совокупности ограничений:

Oi(Si, ie { l,...,n } ) = 0,i= l,...,m, где Ф] - логические (коньюктивно - дизьюнктивные) формы, определяющие необходимость построения функционально-технологических цепочек: "терм и нал-с клад - участок 1 -,... - участок К, склад-терминал".

Изложенный в главе 2 алгоритм АОДИМ позволяет синтезировать алгоритм поиска оптимального значения критерия эффективности размещения элементов МП:

- на множестве всевозможных решений {G} генерируется псевдослучайная выборка g|,...,gN допустимых размещений (т.е. размещений, удовлетворяющих функциональным ограничениям Ф|,...,ФК. Это может быть достигнуто, например, путем прямой отсортировки недопустимых решений).

- вычисление соответствующей выборки значений критерия F(g!),...,F(gN)-C помощью аппроксимаций третьего предельного распределения осуществляется вычисление

Значение Fc.pt используется в качестве критерия остановки процедуры поиска, например, по мере достижения текущим размещением gтeк достаточной близости:

достижимого значения Fopt-;

- локальная оптимизация наилучших полученных размещений с помощью алгоритма АОДИМ. В Главном техническом морском Управлении Вьетнама (г. Ханой) при участии автора были проведены вычислительные эксперименты, связанные с моделированием процесса оптимизации размещения компонентов портовых комплексов.

Исходными данными были структурные схемы и характеристики, близкие к характеристикам существующих портовых комплексов Вьетнама: портов Сайгона, Хайфона (включая локальные порты - Чуа Be, Ват Кач, Доан Ша), Дананга, Вунг Tay и др.

Осуществлялись генерации оптимального размещения элементов порта при различных значениях величины N - количества элементов. Для того, чтобы иметь возможность сравнения сгенерированных вариантов, рассматривались последовательные эксперименты, в которых отношение площади портовой зоны S числу элементов N было приблизительно постоянным: S / N ~ const ~ 200 кв. м.

позволяло сравнить результаты в одинаковых условиях, т.е. масштабы S и N менялись приблизительно одинаково. Основным показателем эффективности сгенерированного размещения служила величина AS, равная величине свободной части площади S после установления всех элементов порта с выполнением всех функциональных условий размещения. На рис. 6.1 приведены графики зависимости величины AS/S, % от числа N.

График___соответствует имеющемуся размещению проектантом — экспертом, график _

соответствует расчетному значению, полученному с помощью АОДИМ. Расчеты проводились при исходном значении величины потенциально максимально возможной свободной части площади max(AS /S), составляющей max(AS /S) = 25 %.

На рис. 6.2 приведены графики зависимости величины AS/S % от значений max(AS /S)% для различных значений параметра количества элементов N.

Из графиков рис. 6.1 видно, что, в целом, использование алгоритмов оптимального размещения типа АОДИМ позволяет улучшить качество проектов, разработанных экспертами, на 15-20%. Из рис. 6.2 можно видеть оценку потенциальных выигрышен в размещении элементов порта в зависимости от размеров потенциально максимальной свободной площади.

Проведенные вычислительные эксперименты подсказывают эффективный вариант использования процедур компьютерных оптимизаций размещения в виде совместного использования опыта проектантов и оптимизационных алгоритмов. При этом решение или множество решений, сгенерированные группой разработчиков, являются начальными точками для оптимизационных процедур, которые могут их значительно улучшить.

В седьмой главе проводится анализ распределенной информационной системы управления обслуживанием перевозки грузов морского порта. Решение задач управления обслуживанием перевозки грузов морского порта (ОПГМП), требует сбора, обработки и хранения больших объемов данных, обмена информацией между рабочими местами сотрудников, между подразделениями и филиалами ОПГМП, решения сложных вычислительных задач. Для эффективной организации деятельности ОПГМП необходимо применять средства вычислительной техники и современные математические методы.

Одним из основных направлений применения вычислительной техники в случае автоматизации управления МП является создание информационных систем. Однако при этом возникает проблема

где £ — требуемый заданный уровень близости критериальной функции от оценки

разработки методов построения и анализа интегрированной распределенной системы ОПГМП, создаваемой на базе разнородного программного и технического обеспечения и обеспечивающей требуемый сервис.

Рис. 6.1

Рис 6.2

Информационная система ОПГМП (ИС ОПГМП) служит для сбора, обработки и хранения информации необходимой для обеспечения работы программных и аппаратных средств, предназначенных для решения функциональных задач.

Основой ИС являются базы данных, образующие единое информационное пространство системы управления процессами. Создание и использование такого пространства обеспечивает единообразие, достоверность, полноту и высокое качество данных для всех пользователей ИС и функциональных задач. Создание централизованной ИС с единой базой данных нерационально в силу специфики ОПГМП (территориальная разобщенность, разнородная информация, жесткое разделение задач по подразделениям и т.д.). Поэтому информационное пространство ИС представляется в виде интегрированной системы локальных баз данных. При этом в каждой локальной базе данных собирается и хранится информация для решения задач технико - экономического обоснование (ТЭО).

В соответствии со спецификой ТЭО информационная система ПТЭО должна обеспечивать решение следующих функциональных задач:

прием заказов на перевозку грузов; обработку заказов; поиск и назначение перевозчиков; разработка маршрутов перевозок; составление планов (графиков) перевозок; оперативное управление перевозками;

сбор и обработка данных о состоянии транспортных средств и грузов; составление и обработка разнообразной документации; планирование ремонта транспортных средств; связь со смежными предприятиями;

проведение необходимых бухгалтерских и экономических расчетов. Можно выделить основные проблемы, решение которых необходимо при построении системы ИС ОПГМП:

1) организация взаимодействия с использованием технологии клиент-сервер;

2) организация коммуникационной службы системы с использованием сетевых технологий -создание вычислительной сети ИС;

3) формирование и организация работы интегрированной системы баз данных информационной системы.

Решение данных проблем позволяет сформулировать требования к прикладному и системному программному обеспечению, определить состав и характеристики аппаратных средств и, наконец, оценить необходимый объем модернизаций в уже созданных локальных системах. Кроме того, появляется возможность создания информационных и аналитических моделей для анализа и расчета характеристик создаваемой системы, оценки качества ее функционирования, проведения на их основе дальнейших исследований системы направленных на повышение ее функциональных возможностей. Проектирование и построение ИС ПТЭО связаны с решением ряда задач, которые являются взаимосвязанными и решаются последовательно (поэтапно). Далее в работе рассматриваются такие вопросы, как

- организация работы и анализ информационных потоков в ИС ОПГМП

- описание моделей информационной системы

В исследуемой системе, как отмечалось выше, можно выделить два источника сообщений - клиент и сервер. В качестве математических моделей для анализа режимов работы системы в работе выбраны системы массового обслуживания, что обусловлено во-первых, большим опытом их применения для анализа различных систем обработки информации, во-вторых, достаточным разнообразием различных типов СМО, обеспечивающим возможность подбора моделей наиболее адекватных в каждом конкретном случае и, в-третьих, глубокой проработкой методов анализа выбранных СМО для получения практически полезных результатов.

Математического моделирования "различных режимов работы системы позволяют оценить характеристики системы.

Рассмотрим математическую модель двухзвенной архитектуры клиент-сервер. Время обработки запроса от клиента складывается в общем случае из времени рассылки запросов на все серверы локальных баз данных, времени обработки запросов на серверах и времени получения ответа от них. Пусть р; - время обработки запроса от клиента номер ¡, тогда

Р,= Рн+Ра, (7-0

где рп - время рассылки запроса на все серверы локальных баз данных, доступные

данному клиенту и получения от них ответов;

■ время обработки запросов данного

клиента на серверах. При последовательной обработке запросов на серверах получим:

п ¥п М

= " Рц-|,Р11'

где - время обработки запроса от клиента номер 1 на сервере номер .), а Р^ - время обмена данными между клиентом номер \ и сервером номер] (] = 1,...,М). Поток запросов на каждый сервер складывается из потоков запросов на этот сервер от всех клиентов т.е.

N

(7-2)

¡=1

где А^ - интенсивность потока запросов от клиента номер 1 (И - количество клиентов). Длительность обработки запроса на сервере складывается из длительности ожидания в очереди и длительности непосредственной обработки:

Р2!] = Щ + Рц, (7.3)

где Юц - длительность ожидания в очереди на сервере] запроса от клиента номер ь

Ри - длительность обработки запроса от клиента номер 1 на сервере номер]. В общем случае в качестве модели сервера может быть использована однолинейная СМО. Предполагается, что все запросы от всех клиентов поступают в общую очередь (число мест для ожидания в очереди можно считать неограниченным). Кроме того, на сервер поступают запросы от внешних клиентов (для пополнения базы данных), которые также необходимо обрабатывать. Далее рассматриваются

- математическая модель трехзвенной архитектуры клиент-сервер,

- математические модели анализа алгоритмов диспетчеризации потоков запросов клиентов на серверах.

Предлагается использовать стохастические алгоритмы диспетчеризации. Эти алгоритмы являются обобщением многих известных и распространенных на практике алгоритмов диспетчеризации, поэтому они выбраны для анализа.

Рассматривается система, состоящая из одного обслуживающего устройства, на вход которого поступают N взаимнонезависимых пуассоновских потоков заявок. Интенсивность потока 1 - X.,-. Длительность обработки одной заявки ¡-ой очереди суть случайная величина с функцией распределения В^), имеющая конечные первый и второй моменты Ьц и Ь21 соответственно. Заявки каждого потока (типа) образуют свою очередь.

Обслуживающее устройство в установленном порядке, задаваемом с помощью специальной стохастической матрицы Р = Цр^Ц, производит обслуживание очередей. Здесь ру (у =1,2,...,Ы) вероятность переключения к очереди ] после обслуживания очереди 1. При подключении к очереди обрабатываются только те заявки, которые накопились к моменту подключения. Время переключения между очередью 1 и очередью] - случайная величина уу с функцией распределения О у (I), с конечными первым и вторым моментами и бзу.

Полученные результаты дают возможность проводить анализ динамики алгоритмов диспетчеризации до наступления установившегося режима, вычислять характеристики алгоритмов как в установившемся режиме, так и в динамике.

Далее в главе рассматриваются вопросы создания и применения распределенной информационной сети управления в системе государственного управления морским сектором Вьетнама Руководство и научно - технический аппарат Главного Технического Морского Управления Вьетнама (ГТМУВ) считает применение достижений информатики важным и необходимым инструментом во всех своих мероприятиях.

Система Иитранет ГТМУВ разработана с целью реформы административных процедур и государственного управления морской деятельностью с использованием интернет-технологий. Таким образом, сеть Интранет используется в морских портах, в органах обеспечения морской безопасности, в отделах, ведущих регистры судов и членов экипажа. Система Интранет используется также такими пользователями, как морские судовладельцы, руководители и члены экипажа и т.д. Интранет используют такие подразделения, как таможенная, пограничная охрана, служба карантина животных и растений, медицинского карантина.

Вся система включает в себя 2 центра обработки данных (POP), находящихся в Ханое и городе Хошимин; морские порты, представителей портовых властей, органы, ведущие регистры судов. Экипажи судов связываются с интернетом по Dial / ADSL и подключаются к центру обработки данных с помощью VPN. В морских портах, в органах, ведущих регистры судов, а также и местные отделения оснащены компьютерами для доступа к сети Интранет. Схема и функции каждого из устройств в этой системе приведены на рис. 7.1. Рассмотрена структура центра обработки данных. Центры обработки данных в Ханое и Хошимине играют важную роль для всей информационной системы проекта. В настоящее время на каждом центре установлены следующие устройства:

- Inter-POP router Cisco 7206: используется для определения связи между этими двумя Центрами и доступа к Интернету.

- Firewall Cisco PIX 525: брандмауэр для обеспечения безопасности системы.

- Intra-POP switches Cisco catalyst 4507R обеспечение подключения к системе.

- Cache Engine СЕ7305: хранение данных ускоряет доступ к веб-сайтам.

- Access Router (Cisco router 3660 в Центре обработки данных в Ханое и Cisco router 3745 в Хо Ши Мине): используется для определения связи между организациями через frame relay, а также для разрещения пользователям выполнить запрос данных, обработки информации из общей телефонной сети, имеющей доступ к системе.

- серверная система: в настоящее время в каждом центре обработки данных имеются следующие серверы: 2 сервера HP ML570 R, 1 сервер DL380R, 1 - Sun Fire 280R, 1 сервер HP DL380-G2, 1 сервер ML370T G3.

Рис. 7.1 Общая схема сети Интранет ГТМУВ

В каждом центре обработки данных в дополнение к популярным интернет-услугам, таким как Mail / Web / FTP, обеспечиваемым для всех членов Вьетнамское морское бюро имеет системное программное обеспечение и специализированную базу данных (Datacenter).B настоящее время центр данных для МТГУВ (через сеть VPN) и организационная структура центра данных в каждом POP устроены следующим образом (рис. 7.2).

Структурно программное обеспечение состоит из следующих основных элементов:

- Программное обеспечения для работы Информационного центра и Вебсайта МГУВ.

- Программное обеспечение для обработки документов.

- Программное обеспечение для управления информацией, поступающих из морских портов.

- Программное обеспечение для работы с персоналом (в том числе заработная плата и подготовка кадров).

- Программное обеспечение для управления финансовой отчетностью.

- Программное обеспечение для регистрации судов и членов экипажа.

- Программное обеспечение для использования членами экипажей.

- Программное обеспечение для решения задач мониторинга состояния судов на маршрутах.

- Программное обеспечение для управления процедурой входа и выхода судов в порты.

- Программное обеспечение диспетчеризации обработки судов и грузов в портах.

- Программное обеспечение для пользователей.

Далее описаны практические схемы управления информационными потоками и внедрения информационных технологий для управления системой морских портов Вьетнама.

Рис. 7.2 Организационная структура центра данных ГТАТУВ

В восьмой главе рассматриваются вопросы организации экологического мониторинга в ареале морского порта и обслуживающего его транспорте: основном морском и вспомогательных - речном, автомобильном, железнодорожном.

Особенное влияние на загрязнение водного припортового пространства имеют сточные воды с судов и водных средств, которые включают в себя воду балластов, трюмную воду, отходы экипажа. Вода содержит взвешенные твердые частицы (SS), BOD, COD, N и Р, вещества, бактерия и жира.

Особенно вредны сточные воды из бака балластов, которые содержит много токсичных водорослей, агрессивных опасных организмов из других морских районов, которые суды привозят и выделяют в припортовой зоне.

Большое значение в нарушении экологического баланса районов расположения морских портов имеют шум и вибрация, порожденные функционированием механизмов для погрузки и разгрузки грузов, такие, как краны, конвейеры моторные, экскаваторы, самосвалы, бульдозеры, упаковочные машины, машины и генераторы для технического обслуживания механизмов. Другие источники шума - шум кораблей, водных средств, звуковые сигналы кораблей, грузовых автомобилей. В работе окружающая среда рассматривается как объект управления в системе экологического мониторинга. Используется понятие геоэкологической системы, в которой геофизическая среда -совокупность неживых объектов и протекающих в них процессов, будет являться объектом управления.

В наиболее общей форме задача управления состоянием окружающей среды на транспорте, в том числе, морском, включая портовые хозяйства и комплексы, можно представить как совокупность управляющих воздействий и, обеспечивающих экстремум (максимум или минимум) некоторого функционала, обычно называемого целевым функционалом или функционалом цели

(7,0, (Ге (У, /), -> ех!г,

где Б^У,!) - функция распределения вероятностей значений контролируемых переменных состояния окружающей среды У в зависимости от времени I, Ре(Уе,1) - функция распределения неконтролируемых воздействий на окружающую среду Уе, РДУд) - желаемое распределение переменных состояние окружающей среды, т.е. то, которое предполагается сформировать в результате управляющих воздействий. При этом полагается, что между входящими в выражение функциями распределения существует взаимозависимость вида

где А - некий функционал, называемый математической моделью объекта управления, в данном случае моделью эволюции окружающей среды, и что существуют ограничения на возможные значения управляющих воздействий

где Пи - область допустимых значений управляющих воздействий. Цель управления - минимизация вероятности неблагоприятных экологических условий.

Для изучения геоэкологических процессов (ГЭП) и разработки методов их прогнозирования широкое распространение получил метод математического моделирования.

Вычислительный алгоритм, выражающий основные законы, по которым развиваются ГЭП, сводится к реализации преобразования

У = ?{х,Р\ х&П(, Р&П

р-

определяющего вектор состояния окружающей среды, как функцию независимых переменных и входных параметров. Векторы состояния и параметров определяются в каждой модели, исходя из физической постановки задачи и ее конкретной математической формализации. Состояние рассматриваемой геогеоэкологической системы характеризуется п-мерным вектором

У — Уп }' например, это параметры загрязнения атмосферы, воды, почвы и т.д.

Через Р обозначается вектор параметров модели, а через р - область допустимых значений параметров загрязнений.

Под экологическим мониторингом на транспорте понимается организованный мониторинг окружающей природной среды в транспортных и транспортно-промышленных системах Основное предназначение экологического мониторинга - обеспечение служб природоохранной деятельности и управления транспортом своевременной и достоверной информацией. Универсальный подход к определению структурной системы экологического мониторинга морских портов представлен на блок-схеме (рис. 8.1)

Оценка фактического и прогнозируемого состояния подразумевает, с одной стороны, определение ущерба от воздействия, с другой - выбор оптимальных условий для человеческой деятельности, определение существующих экологических резервов (допустимых нагрузок на окружающую среду -ПДК, ПДВ, ПДС, ПДЭН).

Наблюдения за изменением состояния окружающей портовой и транспортной среды является неотъемлемой частью экологического мониторинга. В систему наблюдений за состоянием природной и транспортной среды, охватываемой системой мониторинга,

Рис. 8.1

входят следующие объекты наблюдений - источники и факторы воздействия (источники сбросов, излучений, загрязнения почв), состояние окружающей природной и портово - транспортной среды, состояние биотической составляющей биосферы - реакция биоты.

Направленность и последовательность действий по регулированию качества природной среды в портовых системах представлена на рис. 8.2.

Далее рассматриваются методы оценки воздействия транспорта на окружающую среду и способы снижения этого воздействия. В отличие от контроля мониторинг предусматривает не только наблюдение за окружающей средой, но и получение информации о её состоянии, а также возможность активного управления качеством среды.

Для принятия адекватных решений о применении природоохранных мероприятий необходимо предоставлять информацию об их эффективности. С этой целью рассмотрены способы снижения воздействия морского транспорта на окружающую среду.

Для морского транспорта важное значение имеет очистка компонентов природной среды от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов доступными и экономическими средствами. Одним из основных мероприятий по ликвидации нефтезагрязненных грунтов на портовых объектах морского транспорта является механический метод очистки с удалением нефтезагрязненного фунта и засыпкой на его место чистого.

Анализ данных экспериментов показал, что наиболее эффективным моющим средством (МС) для очистки грунта от нефтезагрязнения является пероксокарбонат натрия, действующий по иному механизму, чем известные моющие средства. Результаты исследования разработанного в ПГУПС кавитационно-флотационного отмывателя нефтепродуктов (КАФОН) применительно к загрязненным нефтью, отработанным моторным маслом и мазутом грунтам, показали его высокую эффективность. Что определяемся особым механизмом очистки, а именно, совместным кавитационно-флотационным эффектом.

В таблице 8.1 приведены результаты сравнения моющей способности КАФОН и лучшего средства, содержащего ПАВ.

Для построения модели рассеяния примеси в атмосферном воздухе от передвижных источников на данной площади взята за основу гауссова модель распространения примеси от мгновенного точечного источника в условиях изотропной турбулентной диффузии.

Облако рассеиваемого вещества в этой модели рассматривается симметричным на всем протяжении рассеяния и его центр перемещается в направлении и со скоростью среднего ветра. Если источник выброса находится в пространстве с координатами (хО,уО,гО), то формула может быть представлена в виде:

где С{х,у,2,1) - концентрация вещества, мг/мЗ;

С> - суммарный выброс вещества мгновенным точечным источником, мг; К - коэффициент турбулентной диффузии, м2/с; I - время, с.

Полная средняя концентрация от одного передвигающегося источника на участке движения представит собой суперпозицию, убывающих во времени, средних концентраций от каждого мгновенного выброса, т.е. это можно представить в виде:

(=1

где С„„,„ - полная средняя концентрация от передвижного источника за все время пребывания на участке движения;

М,[С] - средняя концентрация примеси от одного мгновенного выброса на момент времени I;

I - индекс суммирования равный временному интервалу от одного мгновенного выброса до другого.

/

(х -х0)2 + (у- УоУ + (г - 20у

4 а

v

п

Рис. 8.2

Таблица 8.1

Моющее средство Содержание нефтепродукта в очищенном груше, мг/л Содержание нефтепродукта в отработанном моющем растворе, мг/л

Модельное загрязнение Натуральный грунт Модельное загрязнение Натуральный грунт

УБОН 0,1-1,5 1,4-11,5 205-472 307-629

ОП-Ю 0,1-2,0 2,6-12,5 154-260 —

КАФОН 0,1-2,0 0,6-3,4 8-24 37-65

С учетом статического распределения транспортного потока по акватории порта выбрана модель загрязняющего вещества в атмосферном воздухе в приближении точечного источника. Такая модель позволяет производить расчеты по оценке рассеяния в атмосферном воздухе веществ, выбрасываемых с отработавшими газами судами, что позволяет провести анализ по определению границ, в пределах которых концентрации указанных веществ находятся выше или ниже ПДК, а также влияние некоторых факторов (влияние ветра и метеоусловий) на величину концентрации рассеиваемого вещества.

В Приложении помещена дополнительная информация о современном состоянии и развитии системы морских портов в СРВ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В диссертационной работе на основе систематизации и обобщения имеющихся в современной научно-технической литературе теоретических и прикладных результатов решена актуальная для теории и практики исследования, проектирования и эксплуатации морских портов (МП) задача системного анализа, моделирования и оптимизации процессов развития морских портов в условиях экономического и социального развития Вьетнама. Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. На основе системного анализа имеющегося практического материала выявлены типичная структура и состав, а также геометрические параметры и технологические связи типичных контейнерных терминалов. Разработаны логистические модели функционирования контейнерных систем и схемы их распределения по всей территории страны. Проведены практические исследования моделей реальных МП в условиях народного хозяйства Социалистической Республики Вьетнам в частности порты городов Хошимин, Бариа-Вунгтау Хайфон, Куангнинь, и другие.

2. Разработаны математические модели и алгоритмы оптимизации для решения задачи оптимальной обработки портовых и судовых грузовых контейнеров, в частности, задачи плотной упаковки контейнеров. С помощью математического моделирования показано, что за счет рациональной упаковки контейнеров можно существенно, на 15 - 20% увеличить объем перевозимых и хранимых грузов.

3. Проанализированы особенности автоматизированного управления контейнерным терминалом МП. Проведенные компьютерные исследования по моделированию и оптимизации конкретных схем МП показали достаточно высокую эффективность подобного математического аппарата на стадиях предварительного проектирования перспективных контейнерных комплексов портов.

4. Математически сформулирована оптимизационная задача минимизации затрат на создание МП при условии выполнения основных технологических требований функционирования портового хозяйства, а также ценовых ограничений на геометрические объемы и параметры местоположения МП. Приведены конкретные схемы и параметры размещения основных компонентов МП Социалистической Республики Вьетнам. Разработаны схемы редукции оптимизационных задач минимизации затрат на размещение МП и их элементов к стандартным видам задач линейного и нелинейного программирования.

5. Проведен анализ классических методов решения подобных задач, включая приближенные и эвристические алгоритмы. Разработаны алгоритмы решения задачи минимизации затрат на размещение ПК на основе методов и алгоритмов геометрического проектирования пространственных объектов.

6. Разработаны алгоритмы решения задач оптимизации размещения МП, на основе идеологии использования динамической оптимизации имитационных поисковых моделей. Синтезирован алгоритм оптимизации дискретных имитационных моделей МП, Доказаны теоремы, показывающие сходимость алгоритма к решению при достаточно широких предположениях о строении целевой функции, в частности, при низких требованиях к ее регулярности.

7. Разработана компьютерная модель оптимизации рационального размещения компонентов МП, основанная на игровой динамической поисковой процедуре размещения, связанной с псевдослучайной моделью покрытия заданной геометрической многоугольной зоной, отображающей возможную зону портового комплекса. Проведенные компьютерные исследования по моделированию и оптимизации конкретных схем размещения ПК показали достаточно высокую эффективность подобного математического аппарата на стадиях предварительного проектирования перспективных морских портов. Результаты сравнительного моделирования процесса размещения с помощью предложенных алгоритмов и проектантов ПК показали, что в достаточно широком диапазоне количества элементов размещения, предложенные в диссертации алгоритмы позволяют на 20 - 25 % улучшить показатели эффективности размещения.

6. Разработаны математические алгоритмы мультикритериалыюй оптимизации параметров МП, на основе применения группы скалярных критериев, оценивающих техническую, экономическую

эффективность деятельности МП, а также социально - экономическое, экологическое и др. влияние на развитие региона расположения МП и транспортной отрасли страны в целом. В основе методологии мультикритериальной оптимизации лежит алгоритм статистической оценки Парето -оптимальной поверхности в пространстве векторной критериальной функции в сочетании с приближенными алгоритмами достижения Парето - оптимальных решений в пространстве решений.

7. Разработаны вычислительные процедуры оценки неизвестных параметров стохастических моделей МП и алгоритмических процедур оптимизации параметров МП. Получены результаты эффективности идентификации параметров в схемах случайных марковских цепей, касающиеся анализа сходимости статистических оценок, построенных с помощью методов максимального правдоподобия и байесовского. В случае конечности множества возможных состояний вектора получено улучшение классического результата. Анализ проводился как для случая схемы независимых наблюдений, так и для схемы зависимых наблюдений, связанных в марковскую цепь.

8. Разработана комплексная информационная управляющая система МП, которая предназначена для комплексного решения задач управления грузоперевозками и задач управления работой порта. Очевидно, что эти задачи неразрывно связаны и должны решаться с учетом их особенностей и возможностей порта по обслуживанию судов, проведению работ с грузами, взаимодействию с заказчиками. Обоснован выбор применяемых решений для построения системы связи (сетевых технологий), обеспечивающей информационное взаимодействие элементов всей системы МП и пользователей.

9. Исследованы режимы взаимодействия клиентов и серверов для различных способов организации работы в информационной системе, обслуживающей МП. Разработаны математические модели для анализа различных режимов взаимодействия клиентов и серверов. Построенные модели позволяют вычислять характеристики системы и оценивать эффективность различных методов взаимодействия.

10. Разработана методология, рассматривающие морской порт, окружающую среду и обслуживающую морской порт транспортную систему как единую структуру геоэкологической системы, включающие в себя задачу управления окружающей средой на транспорте с формулировкой целевого функционала.

11. Осуществлена структуризация систем экологического мониторинга на в ареале деятельности морского порта с введением подсистем прогнозирования состояния окружающей среды и управления качеством этой среды.

12. Произведена классификация наблюдений за изменением состояний природной среды, включающая источники и факторы воздействия, состояние окружающей природной среды в ареале деятельности морского порта и обслуживающего транспорта, реакцию биоты, реакцию крупных систем и биосферы в целом.

13. Результаты диссертационной работы получили свое воплощение в виде практического внедрения на ряде транспортных университетов, предприятий и исследовательских институтов Вьетнама, России, Китая. Математические модели и алгоритмы реализованы в виде методик, пакета прикладных программ и проектов развития и эксплуатации морских портов Вьетнама. На базе методологии и алгоритмов в Главном Техническом Морском Управлении Вьетнама под руководством автора разработана и сдана в эксплуатацию распределенная информационная управляющая сеть, позволяющая вести мониторинг и управление деятельности системы морских портов Вьетнама.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

I. Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Козлов А.В., Тоан Д.Н., Хуэ Н.Л..Математическая модель полного жизненного цикла биотоплива. Системы управления и информационные технологии.2009,№1-2(35),с.264-268

2. Митропольский II.Н., Ковшов Е.Е., Хуэ Н.Н., Минь Н.Ч. Агломератавная стратегия при сегментации растровых изображений методом среднего сдвига в прикладной компьютерной системе. Системы управления и информационные технологии, 2009, N3(37), с. 80-83.

3. Болнокин В.Е., Нгуен Нгок Хуэ. Алгоритмы оптимизации планирования для дискретных технологических процессов со случайными воздействиями. Системы управления и информационные технологии, 2009, N4.1(38), с 122 -125.

4. Болнокин В.Е., Нгуен Нгок Хуэ. Оптимизация размещения компонентов транспортно-складских комплексов. Научно - технический журнал Электроника и электрооборудование транспорта.2009, ,№4,с 43-47.

5. Лапшин И.А., Хуэ Н.Н. Систематизация и анализ данных в управлении качеством промышленного производства// Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. М.: МГТУ «Станкин», №2.-2010-с. 110-112.

6. Ковшов Е.Е.,Мартынов П.11., Нгуен Нгок Хуэ, Фам Чунг Киен. Автоматизация оценки эффективности взаимодействия конечного пользователя с обучающей информационной системой. Открытое образование, 2010, №1(78), с . 37-43.

7. Капалин В.И, Витохин И.В., Нгуен Дун Чинь, Нгуен Нгок Хуэ. Нейтросетевое моделирование системы управления. Научные ведомости Белгородского государственного университета. История, политология, экономика, информатика. 2009 , №9(64).с. 87-92

8. Глазунов В.А., Нгуен Нгок- Хуэ, Нгуен Минь Тхань К анализу особых положений механизмов параллельной структуры. // Машиностроение и инженерное образование. 2009, № 4, с. 11-16.

9. Болнокин В.Е., Хуэ Н.Н. Исследование эффективности идентификации параметров в марковских схемах// Системы управления и информационные технологии, 1.1 (39), 2010. - с. 117-122

10. Саксонов Е.А. Никитин Е.В. Шередин Р.В. Хуэ Нгуен Нгок Классификация информационных систем // Качество. Инновации. Образование. 10, 2010, с.12-16.

11. Научные статьи и доклады на конференциях

1. Глазунов В.А., Гаврилина Л.В., Нгуен Куок Хуэ Применения манипуляторов параллельной структуры и их параметрическая оптимизация. / Материалы научно-практической конференции Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий. Сочи, 2009, с.96-98.

2. Болнокин В. Е., Нгуен Нгок Хуэ, Нгуен Чи Минь. Математическое моделирование рисков при создании и эксплуатации новых технических систем. Труды Шестого Международного аэрокосмического Конгресса, 23 - 27 августа 2009 г. г. Москва, Россия МГАТУ им. К.Э. Циолковского» (МФП МГАТУ), секции "Эргономика", с.23 -24

3. Bolnokin V.E., Nguyen Ngoc Hue, The specialized mathematical model for " Wharf-warehouse complex". Transport and communication". Vietnam, Hanoi, 2009, pp. 74-75,47.

4. Nguyen Ngoc Hue, Increasing reliability of algorithms for solving the goods stowage problem in wharf-warehouse complex. "Transport and communication". Hanoi-2009. p. 27-28,31.

5. Нгуен Нгок Хуэ. Генеральные планы Вьетнамских портов 2020-2030 - наследие и развитие. Вьетнамский Морской Флот. СРВ, Ханой, 2010, с. 20-21,59.

6. Нгуен Нгок Хуэ, Нгуен Зуи Хоан, Давление связного грунта на подпорную стенку при любом направлении сейсмических воздействий, Морской транспорт, СРВ, Ханой, 2010, с. 45-46.

7. Нгуен Нгок Хуэ, Нгуен Зуи Хоан, Нгуен Ши Хан, Давление связного грунта на портовые сооружения с учетом сейсмических воздействий и таблицы для расчета. Научно - технический журнал Транспорт и коммуникация. СРВ, Ханой, 2009, с39-41.

8. Нгуен Нгок Хуэ, Портовая администрация - Цель и функция. Научно - технический журнал Море и побережье. СРВ, Ханой, 2009, с. 128-133.

9. Нгуен Нгок Хуэ, Стандартизация планирования - основание для развития передовой и эффективной системы . Научно - технический журнал Море и побережье. СРВ, Ханой, 2009, с. 109113.

10. Нгуен Нгок Хуэ, Нгуен Зуи Хоан, Влияние направления сейсмических воздействий на величину давления связного грунта. Научно - технический журнал Море и побережье. СРВ, Ханой, 2009, с. 58-61.

11. Introduction on Vietnam maritime industry. Global port seminar UKTI. London-Liverpool-June, UK, 2008, pp. 25

12. Nguyen Ngoc Hue.The current status of seaport in Vietnam. Seminar on port management in Vietnam. Vietnam, Hanoi, June, 2008, pp. 25

13. Нгуен Нгок Хуэ, Усовершенствование системы морских портов Вьетнама. Научно -технический журнал Наука и жизнь. СРВ, Ханой, 2007, с.15-16.

14. Нгуен Нгок Хуэ, План развития и способы усовершенствование системы морских портов Вьетнама. Научно - технический журнал Транспорт и коммуникация, СРВ, Ханой 2007, с. 35-37.

15. Нгуен Нгок Хуэ, Научность и синхронность в планировании системы морских портов Вьетнама. Научно - технический журнал Транспорт и коммуникация. СРВ, Ханой, 2007, с 47-48.

16. Нгуен Нгок Хуэ, By Куок Хынг, Определение количества причалов на основе теории очереди. Научно - технический журнал Транспорт и коммуникация.Ханой-2007.с. 61-63.

17. Нгуен Нгок Хуэ, Анализ SWOT для Международного воротного порта Каймеп-Тхивай. Материалы научно-технической конференции « Строительство портов и водных путей Вьетнама», СРВ, Ханой, 2007, с 12-16.

18. Nguyen Ngoc Hue. Vietnam seaports' system and Free economic zones. Asiamar Workshop ICT applications in Maritime and Intermodal Freight Transport. Bangkok- 2 Dec.2004.c 46

19. Нгуен Нгок Хуэ, Улучшение Вьетнамской системы морских портов. Наука и жизнь. СРВ, Ханой, 2007, с. 15-16.

20. Нгуен Нгок Хуэ, Управление Портами- Настоящая ситуация и основные проблемы для развития. Материалы научно-технической конференции « Планирование, инвестиция и эксплуатация инфраструктуры», СРВ, Ханой, 2008, с 40-51.

21. Nguyen Ngoc Hue, Development Plan of Vietnamese Port system. Steel construction today & tomorrow, Japan, Tokyo, 2005, pp. 17-19

22. Nguyen Ngoc Hue, Port construction advanced technologies applied in Vietnam. Materials International seminar "Integrating Vietnam transport engineering with the world". Vietnam, Halong-2005, pp. 179-182.

23. Нгуен Нгок Хуэ, Вьетнамские порты - настоящие и будущие. Материалы научно-технической конференции «Строительство портов и водных путей Вьетнама». СРВ, Ханой, 2006, с 41-50.

24. Нгуен Нгок Хуэ, Тенденция развития Вьетнамских портов. Научно - технический журнал Наука и жизнь. СРВ, Ханой, 2006, с 17-19.

25. Нгуен Нгок Хуэ, Development Plan of Vietnamese Port system. Steel construction today & tomorrow, Japan, Tokyo, 2005, pp 17-19

26. Nguyen Ngoe Hue, Port construction advanced technologies applied in Vietnam. Materials

International seminar "Integrating Vietnam transport engineering with the world". Vietnam, Halong, 2005, pp. 179-182.

27. Nguyen Ngoc Tran, K. Nagai, H. Kubota, Nguyen Ngoc Hue, Dao Xuan Quang, Statistical characteristics of unusual waves observed at Danang Vietnam, Materials of Second International Conference on Asian and Pacific Coasts Makuhari, Japan, 2004. pp 218-230.

28. Nguyen Ngoc Hue, technical aspects of Cailan port development project in Northern Vietnam. International Seminar PIANC AGA, Japan, Fukuoka, 2004. pp 76-81.

29. Нгуен Нгок Хуэ, Генеральный план развития Вьетнамских портов. Материалы научно-технической конференции «Применение стальных конструкций в строительстве транспортных сооружений во Вьетнаме», СРВ, Ханой, 2004, ЫО-33.

30. Нгуен Нгок Хуэ, Количественная оценка вьетнамских портов. Научно - технический журнал Вьетнамский Морской Флот, СРВ, Ханой, 2004, с 5-9.

31. Nguyen Ngoc Hue, Development plan for Vietnam seaport system. Vanphong - The vision of th cen-tuiy. Hanoi-Transport Publish House-2004. pp. 213-242.

32. Нгуен Нгок Хуэ, Технология производства массив - гигантов в порту Кайлан. Материалы транспортной научно-технической конференции «Транспортные сооружения стадии 1999-2004», СРВЮ Ханой, 2004, с 95-101.

33. Нгуен Нгок Хуэ, Передовая и современная строительная технология для Глубоководных причалов в порту Кайлан, Материалы научно-технической конференции « Конструкции и новые строительных технологии во Вьетнаме», СРВ, Ханой, 2001, с 58-77.

34. Нгуен Нгок Хуэ, Хоанг Дык Хунг, Погрузо - разгрузная технология и транспортировка тяжеловесных грузов для гидроэлектрической станции Шонла. Научно - технический журнал Изыскание и проектирование, СРВ, Ханой, 2002, с 19-27.

35. Нгуен Нгок Лонг, Нгуен Нгок Хуэ, К проблеме Международной интеграции северо-восточных портов Вьетнама. Материалы научно-технической конференции «Северо-восточные порты Вьетнама и Международная интеграция».Ханой, 2002, с 82-86.

36. Нгуен Нгок Хуэ, Инвестиционные Проекты для Краской Реки. Научно - технический журнал Транспорт и коммуникация. СРВ, Ханой, 2002, с. 9, 57-58.

37. Нгуен Нгок Хуэ, Jle Гун Тханг, Проблемы в исследовании, проектировании и строительстве волноломов во Вьетнаме. Материалы научно-технической конференции « Порты», СРВ, Ханой, 1998, с 132-140.

38. Яковлев П.И., Нгуен Нгок Хуэ, Коэффициенты активного и пассивного давления . Углы обрушения и выпирания при сейсмических воздействиях . Научно — технический журнал Основания, фундаменты и механика грунтов. Москва, 1992, с 2-4.

39. Яковлев П.И., Нгуен Нгок Хуэ, Петросян В.Н., Штода А.Н., Экспериментальные исследования давления грунта на стенку в зависимости от ее смещения при наличии неравномерной наклонной нагрузки на горизонтальной поверхности засыпки. Научно - технический журнал Морская гидротехника и механизация перегрузочных работ в портах. Москва в/о «МОРТЕХИНФОРМРЕКЛАМА», 1992, с 7-15.

40. Нгуен Нгок Хуэ, Взаимодействие портовых сооружений с грунтовой средой при сейсмических воздействиях . Научно - технический журнал Транспорт и коммуникация. СРВ, Ханой, 1992, с 39-40.

41. Яковлев П.И., Нгуен Нгок Хуэ, Боковое давление грунта на стенки со сложной нагрузкой на наклонной поверхности засыпки при наличии и отсутствии сейсмических воздействий любого направления. В сб. Прогрессивные технологии, материалы , конструкции и методы исследований для строительства в прибрежной зоне моря. Москва в/о Мортехинфомреклама, 1991. с 34-47.

42. Яковлев П.И., Нгуен Нгок Хуэ, Штода А.Н. Экспериментальные исследования давления грунта на стенку в зависимости от ее смешения при наличии наклонных нагрузок на поверхности засыпки. В сб. Исследования инженерных сооружений и перегрузочного оборудования Морских портов. Москва в/о Мортехинфомреклама, 199I.e. 8-15.

43. Яковлев П.И., Нгуен Нгок Хуэ, Общий метод определения активного и пассивного давления связного грунта с учетом направления сил контактного трения при сейсмических воздействиях и их отсутствии. Научно - технический журнал Строительная механика и расчет сооружений. Москва -Стройиздат, 1991.с 44-49.

44. Нгуен Нгок Хуэ. Давление связного грунта на портовые сооружения в условии землетрясения. Научно-технический журнал Изыскание и проектирование. Ханой-1991.с 2-6

45. Яковлев П.И., Нгуен Нгок Хуэ, Положение плоскостей скольжения и боковое давление связного грунта с учетом сейсмических воздействий. Научно - технический журнал Вопросы портовой гидротехники и механизации перегрузочных работ. Москва в/о «МОРТЕХИНФОРМРЕКЛАМА» 1990. с. 8-12.

46. Iacovlev P.I, Dubrovskii М.Р.,Nguyen Ngoc Hue, Refine solution of the problem of determination of soil lateral pressure exerted on engineering structures under omnidirectional seismic and contact friction action. Earthquake soil movment; bases and foundation; structure-soil interaction; models of seismic forces influence. Vol. 4-A Proceedings of ninth European conference on Earthquake Engineering. Moscow, 1990, pp 201-210.

47. Нгуен Нгок Хуэ. Уточненные инженерные методы расчета взаимодействия гидротехнических сооружений с грунтом. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технический наук. Одесса, 1991, 259.

48. Нгуен Нгок Хуэ, Боковое давление грунта на гидротехнические сооружения при любом направлении сейсмической силы. Материалы Всесоюзной научно-технической конференции « проблемы проектирования, строительства , реконструкции и технической эксплуатации водно -транспортных гидротехнических сооружений»Москва, 1989. с.39-40.

49. Яковлев П.И., Дубровский М.П.,Нгуен Нгок Хуэ, Общие теоретические предпосылки определения бокового давления грунта на гидротехнические сооружения с учетом их перемещений и любого направления сейсмических воздействий. Научно - технический журнал Морские порты, инженерные сооружения и средства механизации. Москва в/о «МОРТЕХИНФОРМРЕКЛАМА», 1989, с. 5-10.

50. Нгуен Нгок Хуэ, К задаче о предельном напряженном состоянии связного клина. Научно -технический журнал Вопросы проектирования и эксплуатации инженерных сооружений и оборудования портов. Москва в/о «МОРТЕХИНФОРМРЕКЛАМА» 1986. с.47-50.

51. Яковлев П.И., Нгуен Нгок Хуэ, Боковое давление грунта при разрывном напряженном состоянии и любом направлении сейсмической силы. Научно - технический журнал Вопросы проектирования и эксплуатации инженерных сооружений и оборудования портов. Москва в/о «МОРТЕХИНФОРМРЕКЛАМА» ,1987, с.42-46.

52. Нгуен Нгок Хуэ. Активное давление и пассивное сопротивление грунта на стенку при разрывном напряженном состоянии и любом направлении сейсмической силы. Научно-техническая и Научно-методическая конференция профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников. Одесса, 1985, с. 46 .

53. Май Данг Тхуан, Нгуен Нгок Хуэ. Причины аварии причла ММЗ в порту Сайгон. Изыскание и проектирование. СРВ, Ханой, 1980, с. 6-8.

54. Ласточкин А.Б., Глазунов В.А., Нгуен Нгок Хуэ, Во Динь Тунг. Робототехническая система параллельной структуры для относительного манипулирования. Труды Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ: ФИЛОСОФИЯ, МЕТОДОЛОГИЯ, ИННОВАЦИИ» 11-13 ноября 2009 г. Москва, МИРЭА, с.335 -336

55. Нгуен Нгок Хуэ, Нгуен Чу Занг. Эвристические методы оптимизации размещения портового комплекса. Труды III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ: ФИЛОСОФИЯ, МЕТОДОЛОГИЯ, ИННОВАЦИИ» 11-13 ноября 2009 г. Москва, МИРЭА, с.367 - 370.

56. Болнокин В. Е., Нгуен Нгок Хуэ, Нгуен Чу Занг. Математическое моделирование рисков при выполнении транспортных операций. Труды Шестого Международного аэрокосмического Конгресса, 23 - 27 августа 2009 г. г. Москва, Россия МГАТУ им. К.Э. Циолковского» (МФП МГАТУ), секции "Эргономика", с.21

III. Монографии

1. Фам Ван Жап, Нгуен Хыу Дау, Нгуен Нгок Хуэ, Портовые сооружения. Ханой -Издательство Стройиздат - 1998 . 380 с.

2. Нгуен Нгок Хуэ, Глубоководые причалы. Строительный университет-Ханой-1998.120 с.

3. Фам Ван Жап, Нгуен Нгок Хуэ, Нгуен Хыу Дау, Динь Динь Чыонг, Портовые бассейны и волноломы.Ханой - Издательство Стройиздат - 2000. 364 с .

4. Фам Ван Жап, Фан Бать Чяу, Нгуен Нгок Хуэ, Моря и мировые морские порты. Ханой -Издательство Стройиздат - 2002 . 294 с.

5. Фам Ван Жап,Нгуен Нгок Хуэ, Динь Динь Чыонг, Морская волна на морские портовые сооружения. Ханой - Издательство Стройиздат- 2004. 264 с.

6. Фам Ван Жап, Нгуен Нгок Хуэ, Бать Зыонг, Гидротехнические сооружения на судостроительных предприятиях. Ханой- Издательство Стройиздат -2007. 282 с.

7. Фам Ван Жап, Нгуен Нгок Хуэ, Чан Хьеу Ньуэ и др. Планирование портов. Ханой - Издательство Стройиздат - 2010. 595 с.

8. Болнокин В.Е., Строганов В.И., Нгуен Нгок Хуэ. Экологическая безопасность морских портов. -М.: Издательство CRE, 2010,- 156 с.

IV. Государственные стандарты, нормативы и инструкции

1. Нгуен Нгок Хуэ (Главный Научный Руководитель темы) и др.Нормы технической эксплуатации акватории и причалов-TCCS 03:2010/CHHVN. Ханой, 2010,61 с.

2. Нгуен Нгок Хуэ (Главный Научный Руководитель темы) и др.Нормы Технологического проектирования морских портов-TCCS 04:2010/CHHVN.XaHofl, 2010, 117 с.

3. Фан Бать Чьяу, Нгуен Нгок Хуэ и др. Руководство по проектированию морских причальных сооружений.22TCN-207-92. 175 с.

4. Фан Бать Чьяу, Нгуен Нгок Хуэ и др. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения.22 TCN- 222-95. 45 с.

5. Фан Бать Чьяу, Нгуен Нгок Хуэ и др. Указания по проектированию речных причальных набережных.22 TCN-202 -96. 123 с.

6. Фан Бать Чьяу, Нгуен Нгок Хуэ и др. Руководство по проектированию бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений.22 TCN-212-1996. 165 с.

7. Фан Бать Чьяу, Нгуен Нгок Хуэ и др. Нормы Проектирования транспортных сооружений в районе землетрясения-22 TCN-221-1995, 124 с.

V. Научные отчеты по программам исследования государственного значения

1. Нгуен Хыу Дау (Главный научный руководитель), Нгуен Нгок Хуэ ( старший научный руководитель) и др. Исследование методов борьбы с заносимостью и новых технологий в строительстве морских портов-KHCN 10.07- Отчет по государственной программе, СРВ, Ханой, 1997-1999, 256 с.

2. Нгуен Хыу Дау (Главный научный руководитель), Нгуен Нгок Хуэ ( старший научный руководитель) и др. Исследование естественных условий и строительных решений глубоководных морских портов. Отчет по государственной программе, СРВ, Ханой, 2001-2003, 78 с.

3. Фам Ван Жап, Нгуен Нгок Хуэ ( Старший руководитель) и др. Основные направления для подготовки гидротехнических и портовых инженеров в Ханойском строительном университете. Отчет по университетской программе. Строительный Университет, СРВ, Ханой, 2004, с.75.

4. Нгуен Нгок Хуэ и др. Исследование выбора технологии для строительства мусороперерабатывающей станции в районах Хайфон и Куангнинь. Отчет по государственной программе, СРВ, Ханой, 2004,2005. 122 с.

5. Фам Ань Туан, Нгуен Нгок Хуэ и др. Научные и практические основы для построения критерий классификации морских портов Вьетнама. Отчет по государственной ведомственной программе. СРВ, Ханой, 2009.C 97.

6. Нгуен Ван Кы, Нгуен Нгок Хуэ (старший Научный Руководитель) и др. Мероприятия борьбы с заносимостью на подходных каналах в порт Хайфон. Отчет по государственной программе. СРВ, Ханой, 2010, с 315.

VI. Проекты государственного значения

1. Нгуен Нгок Хуэ ( Старший инженер проекта) и др. Причалы № 1,2 для судов 10.000 Т в порту Кыало (провинция Нге-ан). Технический проект и рабочие чертежи. СРВ, Ханой, 1999,83 с.

2. Нгуен Нгок Хуэ ( Главный инженер проекта) и др. Реконструкция причала ММЗ для судов 15000 Т в порту Сайгон. Технический проект и рабочие чертежи. СРВ, Хошимин, 1990,75 с.

4. Нгуен Нгок Хуэ ( Старший инженер проекта) и др.Причал для разгрузки угля в Речном порту Вьетчи (провинция Фу-тхо). Технический проект и рабочие чертежи. СРВ, Ханой, 1982. 72 с.

5. Нгуен Нгок Хуэ (Старший инженер проекта) и др. Причал для топлива в порту цементного завода Хоанг-Тхать . Технический проект и рабочие чертежи. Ханой, 1983.78 с.

6. Нгуен Нгок Хуэ (Старший инженер проекта) и др. Причалы для генеральных грузов в речном порту Ханой. Технический проект и рабочие чертежи. Ханой, 1984. 78 с.

7. Нгуен Нгок Хуэ (Старший инженер проекта) и др. Причал для навалочных грузов в порту Хайфон. Технический проект и рабочие чертежи. Ханой, 1984. 90 с.

8. Нгуен Нгок Хуэ (Главный инженер проекта) и др.Технико-экономическое обоснование для строительства Порта Кыа-Вьет (Куаг Чи провинция), 1993, 125-Nca, 150 с.

9. Нгуен Нгок Хуэ (Главный инженер проекта) и др.Технико-экономическое обоснование для строительства Порта Кай-лан (Куанг-нинь провинция), 1995,164-Nca, 325 с.

10. Нгуен Нгок Хуэ (Главный инженер проекта) и др.Технико-экономическое обоснование для строительства Порта Вунг-анг (Ха-тинь провинция), 1997-501N-Ca,457 с

11. Нгуен Нгок Хуэ (Главный инженер проекта) и др.Технико-экономическое обоснование для строительства Порта Кыа-ло (Нге-ан провинция), 1997-505 N-Ca, 357 с.

12. Нгуен Нгок Хуэ (Главный инженер проекта) и др.Технические проекты для причалов в порту Вунг-анг (Хатинь). 1998, 278-N-Ca, 85 с.

13. Нгуен Нгок Хуэ и др Технико-экономическое обоснование строительства Порта Кыа-ло (Нге-ан провинция),1997, 505 N-Ca,357 с.

14. Нгуен Нгок Хуэ и др Технико-экономическое обоснование строительства Порта Тьян-мей (Тхыа-тхьен-Хуэ провинция), 2000-57 N-Ca, 435 с.

15. Нгуен Нгок Хуэ (Главный ответственный проекта) и др.Волнолом и причалы для экспорта нефтепродуктов в порту нефтеперерабатывающего завода Зунг-куат (провинция Куанг-Нгай). Базисный проект. СРВ, Ханой, 2000. 75 с.

16. Нгуен Нгок Хуэ (Главный инженер проекта) и др.Технико-экономическое обоснование для строительства Вунгтау Контейнерного Порта .01-TEDI-104. СРВ, Ханой, 2002. 514 с.

17. Нгуен Нгок Хуэ (Главный ответственный проекта) и др. Генеральные планы морских портов Вьетнама в 2020-м и 2030-м периодах .СРВ, Ханой, 2009. 215 с.

18. Нгуен Нгок Хуэ (Главный ответственный проекта) и др.Рейдовый Причал для судов 30.000 Т и причал для судов 5.000 Т в порту Ан-Тхой (остров Фукуок провинция Киен жанг). Технический проект и рабочие чертежи. СРВ, Ханой, 2009. 75 с.

19. Генеральные планы морских портов Вьетнама в 2020-м и 2030-м периодах. СРВ, Ханой, 2009. 215 с.

20. Нгуен Нгок Хуэ (Главный ответственный проекта) и др. Подходной канал для судов 20.000Т в порты на реке Меконг.(провинция Ча-Винь). Технический проект и рабочие чертежи. СРВ, Ханой. 2009.985 с

VII. Публикации при подготовке магистров технических наук

1. Нгуен Нгок Хуэ (научный руководитель), Нгуен Гюу Туен. Исследование, оценивание и прогнозирование выносов и наносов в бухте Кюу-Ньон с помощью математической модели MIKE-21 и выбор оптимальных инженерных решений. Диссертация на соискание ученой степени магистра технических наук. Геологический университет, СРВ, Ханой, 2002,112, с

2. Нгуен Нгок Хуэ (научный руководитель), Нгуен Тхань Тунг. Исследование технических критерий для Интернациональной контейнерной перевалочной базы во Вьетнаме. Строительный университет, СРВ, Ханой, 2004. 130 с

3. Нгуен Нгок Хуэ (научный руководитель), Чан Куок Хьеп. Научные основы для составления генерального плана системы портов Вьетнама. Диссертация на соискание ученой степени магистра технических наук. Строительный университет, СРВ., Ханой, 2004. 123 с

4. Нгуен Нгок Хуэ (научный руководитель), Фи Хонг Тхинь. Исследование, оценивание и прогнозирование наносов в порту Кыа-JIo ( Нге-ан) с наличием Южной буны и выбор оптимальных инженерных решений. Диссертация на соискание ученой степени магистра технических наук. Геологический университет, СРВ, Ханой, 2005. 122 с.

5. Нгуен Нгок Хуэ (научный руководитель), Зыонг Хай Ынг. Строительная технология опускания и приготовления каменного основания для массив - гигантов в порту Кай-лан Куанг- Нинь провинция). Диссертация на соискание ученой степени магистра технических наук. Строительный университет, СРВ, Ханой, 2006. 153 с.

6. Нгуен Нгок Хуэ (научный руководитель), Ву Куок Хынг Научные Основы для составления Генерального плана Вьетнамских портов. Диссертация на соискание ученой степени магистра технических наук. Строительный университет, СРВ, Ханой, 2008. 120 с

7. Нгуен Нгок Хуэ (научный руководитель), Ле Ван Луен. Исследование моделей управления портовыми инфраструктурами. Диссертация на соискание ученой степени магистра технических наук. Строительный университет, СРВ, Ханой, 2009. 115 с.

8. Нгуен Нгок Хуэ (научный руководитель), Нгуен Зуи Хоан. Исследование моделей управления портовыми инфраструктурами. Диссертация на соискание ученой степени магистра технических наук. Строительный университет, Ханой, 2010,115 с.

ФГУП "Научно-исследовательский и экспериментальный Институт автомобильной электроники и электрооборудования" Тираж 100 экз.

Заказ 48/д Подписано в печать 13.10.2010

71 11-5/275

На правах рукописи

НГУЕН НГОК ХУЭ

МОДЕЛИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ МОРСКИХ ПОРТОВ ВЬЕТНАМА

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук

Специальность 05.13.01

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА

ИНФОРМАЦИИ

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ: доктор технических наук ,

профессор БОЛНОКИН В.Е.

} //

__________

МОСКВА-2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................ 1

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЙ МОРСКОЙ ПОРТ, КАК ОБЪЕКТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Характеристика морского порта.............................................................. 10

Морской порт - транспортный узел. Элементы порта

1.2 Особенности и устройства портов в различных условиях.................14

1.3 Состав и структура портовых контейнерных систем..........................19

1.4 Модели функционирования логистических контейнерных систем... 23 ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ РАЗВИТИЯ МОРСКИХ ПОРТОВ

2.1 Методология адаптивного формирования вариантов управления процессами развития морских портов...........................................................34

2.2 Оптимизация дискретных параметров управления имитационными

моделями морских портов............................................................................... 43

ГЛАВА 3 МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ НЕИЗВЕСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ И АППРОКСИМАЦИЯ ПОВЕДЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ОЦЕНОК В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМАХ ОПТИМИЗАЦИИ ПОРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ

3.1 Проблема исследования качества алгоритмов оценивания в сложных

системах...............................................................................................................65

3.2 Исследование эффективности идентификации параметров в марковских схемах............................................................................................ 67

3.3 Численная процедура требуемых объемов при оценивания параметров.......................................................................................................... 81

3.4 Анализ асимптотического поведения оценок максимального правдоподобия и обобщенных байесовских оценок параметров марковской цепи...............................................................................................83

ГЛАВА 4 СИСТЕМНЫЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МНОГОЦЕЛЕВОГО СИНТЕЗА И УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПОРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ (ПК)

4.1 Постановка задачи управления на основе формирования компромиссных решений.................................................................................96

4.2 Методы поддержки принятия компромиссных решений в задачах многокритериального выбора.......................................................................102

4.3 Исходные данные и структура алгоритма многокритериальной оптимизации (оптимизации по Парето).......................................................121

4.4 Оценка экстремальных значений критериев эффективности

проектируемых систем морских портов......................................................134

ГЛАВА 5 КОНЦЕПЦИИ КОМПОНОВКИ ТЕРРИТОРИИ МОРСКИХ ПОРТОВ

5.1 Зонирование территории порта................................................................148

5.2. Районирование и специализация грузовых причалов.......................................................150

53 Взаимное расположение районов (участков) различного

технологического назначения.............................................................................................................................................................................152

5.4 Выбор рациональной конфигурации причальной линии..................154

5. 5 Компоновка районов перевалки генеральных грузов........................156

5.6 Компоновка участков для перевалки крупнотоннажных контейнеров (контейнерных баз)...........................................................................................166

5.7 Компоновка участков (причалов) для перегрузки горизонтальным способом..............................................................................................................169

5. 8 Компоновка акватории морских портов...............................................171

ГЛАВА 6 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И

ОПТИМИЗАЦИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МОРСКИХ ПОРТОВ

6.Шроблемы размещения элементов морских портовых комплексов.. 182

6.2 Постановка и критерии задачи оптимизации размещения компонентов портовых комплексов..............................................................184

6.3 Постановка линейной задачи размещения компонентов портовых комплексов..........................................................................................................188

6.4 Алгоритмы решения линейных задач размещения компонентов портовых комплексов.......................................................................................189

6.5 Задачи о покрытии множества при размещении компонентов портовых комплексов.......................................................................................197

6.6 Математические модели и алгоритмы геометрического проектирования пространственной схемы портовых комплексов.........200

6.7 Общая схема процедуры оптимизации размещения компонентов

портовых комплексов.......................................................................................217

ГЛАВА 7 АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОБСЛУЖИВАНИЕМ

ПЕРЕВОЗКИ ГРУЗОВ МОРСКОГО ПОРТА

7.1 Особенности функционирования распределенной информационной системы ОПГМП...............................................................................................227

7.2 Описание моделей информационной системы....................................,.246

7.3 Создание и применение распределенной информационной сети управления в системе государственного управления морским сектором

Вьетнама..............................................................................................................266

ГЛАВА 8. АНАЛИЗ И МОДЕЛИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПОРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ

8.1 Основные источники загрязнения...........................................................279

8.2 Информация об источниках загрязнения окружающей среды..........284

8.3 Организация экологического мониторинга на морском транспорте и в

портах...................................................................................................................312

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ..........................................................348

ЛИТЕРАТУРА...................................................................................................353

ПРИЛОЖЕНИЕ................................................................................................380

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность.

В настоящее время экономика Социалистической Республики Вьетнам (СРВ) развивается достаточно быстро. Особое геополитическое положение Вьетнама в южно-азиатском регионе, соседство стран, более продвинувшихся по пути рыночных реформ, заставляет правительство СРВ осуществлять перестройку инфраструктуры народного хозяйства, чтобы эффективно использовать традиционные преимущества Вьетнама: ресурсы полезных ископаемых, в том числе и нефти, свободные сельскохозяйственные площади, большую береговую линию, удобную для создания морских портов (МП). Все это стимулирует развитие современных морских транспортных комплексов (МТК): грузовых, пассажирских, а также смешанных грузопассажирских. Морской транспорт используется для перевозки грузов между портами страны, а также для развития и обеспечения внешнеэкономических связей Вьетнама с зарубежными странами. В 2008 году на долю морского транспорта приходилось более 92% объема экспортно-импортных перевозок страны.

Система портов и инфраструктуры не прямо составляет огромный рост и большое накопление, но эта система определена как основная, ведущая, важнейщая часть в объединении и ускорении экономического и социального развития не только морских, приморских районов, но и других регионов во всей стране.

Формирование и развитие системы морских портов в связи с приморской транспортной сетью является важной предпосылкой для формирования и развития городских, промышленных парков, зон переработки продукции на экспорт и туристических услуг.

С другой стороны, развитие морских портов также создает сильную мотивацию для достижения других секторов, таких как морского транспорта,

судостроения, морских услуг, промышленности переработки продукции на экспорт, услуг экспорта - импорта и обеспечения судов, и т.д... Система морских портов Вьетнама - часть структуры инфраструктуры и транспорта не только используется для удовлетворения требований, вытекающих из социально-экономического развития в стране, к погрузкам и разгрузкам, хранению, перемещению товаров и пассажиров, но и играет роль стимула для развития и экономической интеграции приморских регионов и других районов всей страны. Это и шанс на то, чтобы превращать мореходную экономику и услуги в ведущий сектор среди ключевых морских экономических секторов, а также способствовать консолидации власти, безопасности и национальной обороны, сохранения национального суверенитета на приморские и морские территории.

Морские порты являются важнейшей частью в цикле работы любой промышленного парка, зоны переработки продукции на экспорт в частности, и экономической деятельности интересных районов в целом. По-этому морские порты много интересуют руководителей управления и инвесторов. Конкурентоспособность товаров на международном рынке в настоящий момент во многом зависит от транспортных расходов. Импорт сырья и экспорт продукции на крупных судах позволяют существенно снизить транспортные расходы и привести к повышению эффективности инвестиций. Основной задачей порта является перевозка грузов и пассажиров между водными и наземными видами транспорта. Порт также представляет собой транспортный узел, где встречаются различные виды транспорта: морского, речного, железнодорожного, автомобильного и трубопроводного. С современной точки зрения, в дополнении к роли разгрузки товаров (основной роли), порты осуществуют простую перевалку товаров и логистику, это приносит большие доходы с относительно большими тыловыми площадками.

В будущем, порты будут иметь достаточно большие склады для удовлетворения всех видов деятельности предприятий. Таким образом, в дополнение к основной роли, простая перевалка и логистику для приобретения добавленной стоимости, порт также играет роль бизнесной цепочки. Тогда, деятельность портов тесно связывается с эксплуатацией Свободной Экономической Зоны, зоны свободной торговли, промышленных парков, зоны переработки продукции на экспорт ... (рис. 1).

Рис. 1 Модель развития морских портов в будущем,.

(1)- Зона свободной торговли;(2)-Промышленный парк; (3)- Свободная Экономическая Зона.

Современные МП представляют собой сложные иерархические структуры, включающие судовые компании и флоты, системы навигационного и информационного обеспечения, систему МП, а также взаимосвязанные с МП средства вывоза грузов с помощью наземного транспорта. При этом портовый комплекс является, как правило, конечным элементом региональной производственной структуры. Примером подобного может

(3)

служить порт Хайфон, расположенный на севере СРВ и имеющий одноименный портовый терминал в конце технологической цепочки всего процесса переработки и транспортировки грузов. Как правило, речь идет о гигантских комплексах, достигающих в стоимостных выражениях нескольких десятков миллиардов долларов с учетом всей инфраструктуры.

Однако недостаточно тщательная предварительная проработка облика создающихся новых МП приводит к существенному удорожанию проектов, а также к недостаткам функционирования, которые вскрываются уже при реальной эксплуатации. Поэтому исследование проблем, связанных с повышением уровня эффективности и автоматизации предварительных проектных работ, связанных с математическим моделированием, системным анализом и оптимизацией облика перспективных МП, а также модернизацией существующих, представляется актуальным и практически важным. Только предварительные исследования с помощью математических моделей и оптимизационных процедур позволяет дать объективное заключение о целесообразности создания портовых комплексов с требуемыми характеристиками и свойствами, в том числе экономическими, что особенно важно в условиях рыночной экономики.

Анализ структуры, состава и режимов функционирования МП показывает, что повышение качества их функционирования и снижение всех стоимостных показателей может быть обеспечено:

-повышением качества предварительного проектирования структуры МП, его объемности, геометрико-пространственных характеристик МП, компоновки основных элементов, состава и характеристик транспортных средств, а также основного технологического и вспомогательного оборудования МП(зон погрузки-выгрузки, хранения, транспортных зон и магистралей, ремонтных зон и т.д.);

-применением и рациональным использованием контейнерных систем хранения

и транспортировки партий грузов;

-улучшением планирования и управления всего МП.

Оптимизация структурных и объемных характеристик МП (включая внешние транспортные сети и терминалы), а также системы управления и планирования комплексов должна проводиться согласованно, обеспечивая синхронизацию показателей эффективности (производительности) различных единиц транспорта, функциональных участков и зон, исполнительных модулей и оборудования, но и, кроме того, также экономических характеристик функционирования МП в целом. Если повышение эффективности транспортных средств или специализированного портового оборудования определяется в основном уровнем специальной технологии, то улучшение структурных и объемных характеристик, а также системы управления и планирования может дать большой эффект и на существующей технологической базе, что особенно важно при решении задач модернизации уже существующих МП.

Таким образом, настоящая работа, направленная на построение математических моделей и оптимизации процессов развития МП, а также алгоритмов планирования и оптимизации (менеджмента) существующих МП представляется актуальной и практически важной , как для науки техники, так и для народного хозяйства и экономики многих стран, включая Социалистическую Республику Вьетнам.

Вопросами моделирования и проектирования эффективных портовых комплексов занимались многие учёные .Особое значение для решения поставленных задач имели работы советских и российских учёных: Романовского Ф .Д. ,Вихрова Н.М., Ныркова А. П., Гаскарова Д.В. , Арсеньева С. П. , Бакаева А.А. Ветреко Л.Д. . Горбатого М.М. Дерибаса А.И.,Дукенского А.И., Ерофеева Н.И., Зубкова М.И., Власова В.М., Ирхина

H.A., Бутова A.C, Ветренко Л.Д. Среди иностранных нужно отметить работы Эглитта Я.Я., С. Г. Хосе Альберто (Куба) , Меркурьевой Н. В. ( Латвия), Брауна Р.Г., Венсли К.Т.,(США) .

Проблемами управления портовыми комплексами, включая проблемы контейнирования, занимались, помимо перечисленных выше, Зубков М.Н., Легостаев В.А., Пьяных С.М., Ушаков С.С., Смехов A.A., Прилуцкий М.Х. и многие другие.

Общей целью диссертационной работы является разработка математических моделей и методики оптимизации процессов развития и функционирования МП в условиях экономического и социального развития Вьетнама. На защиту выносятся:

- результаты системного анализа структуры и состава, геометрических параметров, а также технологических процессов и информационных связи типичных современных и перспективных контейнерных портовых комплексов;

- модели и алгоритмы решения оптимизационной задачи минимизации затрат на создание МП при условии выполнения основных технологических требований функционирования портового хозяйства, а также ценовых ограничений на геометрические объемы и параметры местоположения МП;

- концепции, математические модели и алгоритмы оптимизации размещения компонентов портовых комплексов на ограниченных площадях путем уплотненной укладки пакетов в контейнерах и грузовых помещениях средств транспорта;

- математические алгоритмы мультикритериальной оптимизации параметров МП, на основе применения группы скалярных критериев, оценивающих техническую, экономическую эффективность деятельности МП, а также социально - экономическое, экологическое и др. влияние на развитие региона расположения МП и транспортной отрасли страны в целом;

вычислительные процедуры оценки неизвестных параметров стохастических моделей МП и алгоритмических процедур оптимизации параметров МП. Полученные результаты анализа эффективности идентификации параметров в схемах случайных марковских цепей, касающиеся анализа сходимости статистических оценок, построенных с помощью методов максимального правдоподобия и байесовского;

- комплексная информационная управляющая система МП, которая предназначена для решения задач управления грузоперевозками и задач управления работой порта. Обоснование выбора применяемых решений для построения системы связи (сетевых технологий), обеспечивающей информационное взаимодействие элементов всей системы МП и пользователей;

- методология, рассматривающие морской порт, окружающую среду и обслуживающую морской порт транспортную систему как единую структуру геоэкологической системы, включающие в себя задачу управления окружающей средой на транспорте с формулировкой целевого функционала. Структуризация о оптимизация систем экологического мониторинга на в ареале деятельности морского порта с введением подсистем прогнозирования состояния окружающей среды и управления качеством этой среды. Методы исследований: выполненные теоретические исследования и практические расчеты базируются на использовании математической статистики, исследовании операций, мате