автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка методики исследования особенностей функционирования информационных контроль-пропускных систем



На правах рукописи

ЯКОБ Дмитрий Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ КОНТРОЛЬНО-ПРОПУСКНЫХ

СИСТЕМ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (связь и информатизация)

19 ДЕК ¿013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2013

005544158

Работа выполнена на Кафедре радиоэлектроники информационных систем Института радиоэлектроники и информационных технологий - РтФ ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Научный руководитель: доктор тех. наук, профессор, зав. кафедрой

радиоэлектроники информационных систем Уральского федерального университета им. Б.Н. Ельцина

ПОРШНЕВ Сергей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор тех. наук, профессор, зав. кафедрой

экономической информатики Новосибирского государственного технического университета АВДЕЕНКО Татьяна Владимировна

доктор тех. наук, ст. науч. сотрудник, зав. кафедрой информатики Южно-Уральского государственного университета (национальный исследовательский университет)

СУХОВИЛОВ Борис Максович

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Защита состоится 30 декабря 2013 г. в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д.219.005.01 при Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» по адресу 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, ауд. 625.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики по адресу 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86.

Отзывы на автореферат просьба высылать по адресу: 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, ученому секретарю диссертационного совета Бунцеву И.А.

Автореферат разослан 30 ноября 2013 г.

Ученый секретарь , - ""

диссертационного совета, ■' __,--7

к.т.н., доцент / -"'у ' / И.А. Бунцев

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Сегодня основными приоритетами при организации массовых мероприятий являются безопасность их посетителей и, соответственно, минимизация рисков угрозы их здоровью и жизни. В этой связи непрерывно ужесточаются правила и регламенты организации мероприятий с массовым участием людей. Кроме того, в условиях повышения уровня жизни людей закономерно возрастают требования к комфорту и безопасности во время проведения подобных мероприятий со стороны их посетителей.

Анализ современного мирового опыта проведения массовых мероприятий, показывает, что удается существенно снизить риски, связанные с возникновением нештатных ситуаций в ходе их проведения, на объектах, оснащенных информационными контрольно-пропускными системами (ИКПС), структура которых максимально адаптирована к особенностям потоков посетителей конкретного объекта. К основным функциям ИКПС относятся:

• организация потоков посетителей на входах, выходах и внутри объекта;

• управление разграничениями доступа;

• сопровождение и контроль процесса прохода;

• мониторинг текущего состояния системы, получение своевременных, актуальных и достоверных показателей ее работы в режиме реального времени;

• накопление и дальнейший анализ статистических данных для принятия организационных и управленческих решений.

Необходимо отметить, что существует противоречие между современными требованиями безопасности, предусматривающими использование ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий, как следствие, высокой степенью ответственности их проектировщиков, и сложившейся практикой проектирования и внедрения данных систем, анализ которой показывает, что конструкторские решения в подавляющем большинстве случаев не имеют научного обоснования и принимаются на основе имеющихся эмпирических данных. При этом эмпирическая верификация предлагаемых конструкторских решений крайне затруднена в силу необходимости привлечения значительных организационных, человеческих, временных и финансовых ресурсов.

Таким образом, существует практическая потребность в создании научно обоснованной методики исследования особенностей функционирования ИКПС при ее проектировании и модернизации для объектов проведения массовых мероприятий, призванной проводить верификацию, объективный анализ, оценку и сравнение тех или иных конструкторских решений на этапе разработки эскизного и/или технического проекта подобных систем. При этом, принимая во внимание проблемы, возникающие при эмпирическом сравнении различных конструкторских

решений, представляется целесообразным следовать известному в системном анализе подходу, основанному на программной реализации соответствующей математической модели исследуемой системы.

Поскольку с точки зрения общесистемного подхода ИКПС следует отнести к классу сложных информационно-управляющих систем (ИУС), то в качестве методологии разработки математической модели ИКПС целесообразно использовать системный анализ (СА) - универсальную методологию решения подобных задач, обеспечивающую исследователя комплексом качественных и количественных методов, предназначенных для изучения структуры и законов функционирования и эволюции сложных систем. Выбранный подход определяет последовательность этапов решения рассматриваемой задачи:

1) анализ общесистемных требований, предъявляемых к ИКПС;

2) обоснование выбора методологии, используемой для общесистемного описания ИКПС;

3) создание концептуальной структурно-функциональной модели ИКПС, описывающей структуру изучаемой системы, информационные процессы, реализуемые между ее подсистемами и элементами, а также правила их взаимодействия друг с другом;

4) выбор на основе анализа структурно-функциональной модели ИКПС адекватного математического аппарата, используемого для разработки математической модели ИКПС;

5) разработка математической модели ИКПС и ее программной реализации; верификация математической модели ИКПС на основе анализа накопленных эмпирических данных.

Принимая во внимание формальное сходство между процессами прохождения заявок в системах, изучаемых в теории массового обслуживания (СМО), и потоков посетителей массовых мероприятий, представляется целесообразным использовать при построении математической модели ИКПС методологию СМО, предусматривающую построение вероятностных математических моделей и проведение статистических испытаний (имитационное моделирование (ИМ)). В тоже время следует отметить важные отличия в постановке задачи моделирования потоков посетителей массового мероприятия от классической задачи СМО. В последней для заданной конфигурации СМО известны количественные характеристики входного потока заявок, каждая из которых после некоторого ожидания в очереди обслуживается. В рассматриваемой задаче, во-первых, оказываются обработанными не все находящиеся в очереди заявки, часть из которых отклоняется (часть посетителей получает отказ в праве прохода на объект проведения массового мероприятия); во-вторых, отсутствует априорная информация о характеристиках входного потока посетителей (моменте начала ожидания прохода и, соответственно, времени ожидания в очереди), но имеется эмпирическая информация о потоках посетителей вошедших и не вошедших на объект проведения массового мероприятия.

Следовательно, для использования в рассматриваемой задаче классических подходов СМО требуется их соответствующая модернизация.

Таким образом, задача разработки методики исследования особенностей функционирования ИКПС представляет интерес как с практической, так и с научной точек зрения.

Объект исследования: информационные контрольно-пропускные системы объектов с массовыми потоками посетителей.

Предмет исследования: особенности функционирования информационных контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий.

Цель диссертационной работы: научно обоснованная разработка методики исследования особенностей функционирования информационных контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий и ее программная реализация.

Для достижения поставленной цели в работе потребовалось решение следующих основных задач исследования:

1. Анализ современного состояния рынка ИКПС объектов проведения массовых мероприятий и их программного обеспечения.

2. Обоснование выбора научных методов, использованных для построения методики исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий.

3. Разработка методики исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий и ее программной реализации, адаптированной для Центрального стадиона г. Екатеринбурга, и ее верификация.

4. Применение разработанной методики в задаче оценки возможных конфигураций ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга, рассматриваемых в рамках реконструкции объекта для проведения матчей Чемпионата Мира по футболу FIFA 2018 года (ЧМ-2018).

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, имитационного моделирования, математической статистики, дискретной математики и вычислительной математики.

Научная новизна полученных результатов. К основным новым результатам, полученным в диссертации, можно отнести:

1. Методику исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий, основанную на результатах их CA, реализующуюся следующей последовательностью действий:

1.1. Создание на основе интеграции SADT-методологий IDEF0 и IDEF3 структурно-функциональной модели ИКПС выбранного объекта.

1.2. Разработка имитационной модели ИКПС выбранного объекта, параметры которой идентифицируются на основе результатов анализа накопленной ранее статистической информации, и ее верификация.

1.3. Исследование особенностей функционирования особенностей ИКПС на основе имитационного моделирования, основная цель которого состоит в получении количественных оценок выбранных показателей

качества обслуживания посетителей.

2. Предложен алгоритм вычисления параметров потока поступления посетителей в очередь для прохода через отдельный турникет ИКПС, основанный на использовании статистических данных о прошедшем через турникет потоке посетителей и потоке посетителей, получивших отказ в праве прохода на мероприятие.

3. Построены, идентифицированы и верифицированы имитационная модель процесса прохождения массовых потоков посетителей через отдельный турникет ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга, а также имитационная модель ИКПС данного объекта, в целом.

4. Получены оценки количественных характеристик потоков посетителей футбольных матчей на основе анализа статистической информации, накопленной на различных стадионах Российской Федерации, свидетельствующие о наличии общих закономерностей изученных потоков посетителей, независящих от географического положения стадиона и конфигурации конкретной ИКПС, что позволяет тиражировать и использовать предложенные в диссертации решения на других футбольных стадионах и других объектах проведения массовых мероприятий.

Практическая значимость работы

Разработанная методика исследования особенностей

функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий была применена для Центрального стадиона г. Екатеринбурга, что позволило получить научно обоснованные оценки возможных проектных решений по модернизации ИКПС в рамках реконструкции Центрального стадиона г. Екатеринбурга для проведения матчей ЧМ-2018.

На защиту выносятся:

1. Методика исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий.

2. Результаты анализа статистической информации, накопленной на различных стадионах Российской Федерации, оценки количественных характеристик потоков посетителей футбольных матчей.

3. Алгоритм нахождения параметров потока поступления посетителей в очередь на проход через турникет ИКПС, основанный на использовании статистических данных о прошедшем через турникет потоке посетителей и потоке посетителей, получивших отказ в праве прохода на мероприятие.

4. ИМ процесса прохождения массовых потоков посетителей через отдельный турникет ИКПС, идентифицированную и верифицированную на основе статистики, собранной во время проведения футбольных матчей на Центральном стадионе г. Екатеринбурга.

5. ИМ ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга.

Достоверность полученных результатов подтверждается

обоснованным применением методов системного анализа, имитационного моделирования, математической статистики, дискретной математики и вычислительной математики и согласованностью результатов работы

имитационной модели ИКПС с накопленными статистическими данными.

Внедрение результатов диссертационного исследования

Результаты диссертационного исследования использованы в ОАО «Центральный стадион» в ходе анализа работы ИКПС объекта, а также в ходе заседаний рабочей группы по проектированию реконструкции стадиона для принятия матчей ЧМ-2018.

Результаты диссертационного исследования были включены в инновационный проект, представленный на конкурсе, проведенном в 2013 г. Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. По результатам конкурса проект стал победителем программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК») 2013 г.

Апробация работы

Материалы работы докладывались на следующих научных конференциях: Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве» (Т1М'2012) с международным участием, г. Екатеринбург, 2012г.; Международной научно-практической конференции «Связь-Пром 2012», г. Екатеринбург, 2012 г.; Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Екатеринбург, 2012 г.; Международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития '2012», Украина, 2012 г.; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, 2012 г.; Международной научной конференции «Applied and Fundamental Studies», St. Louis, 2012 r.

Публикации по теме диссертации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, из которых в рекомендованных ВАК РФ периодических изданиях - 3, получено 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из 2 томов, включающих в себя введение, четыре раздела, заключение, список использованных источников, содержащий 99 наименований, и 6 приложений. Общий объем 1 тома составляет 163 страницы, в том числе 50 рисунков, 15 таблиц.

Содержание работы

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы: показана ее актуальность, сформулирована цель работы, отражена научная новизна и практическая ценность.

В первой главе проведен анализ современного состояния предметной области, в том числе:

1) Проведен системный анализ особенностей управления большими потоками людей на объектах массового пребывания посетителей и выявлено противоречие между степенью важности ИКПС и уровнем обоснования и верификации принимаемых проектных решений при их проектировании, и,

как следствие, необходимость в разработке соответствующего инструментария для поддержки принятия конструкторских решений.

2) Показано, что ИКПС относятся к классу ИУС, определены их основные функции, обосновано, что исследование и проектирование данного класса систем является одной из типичных задач СА, наиболее эффективно решаемой с помощью сочетания качественных и количественных методов, построения адекватной математической модели работы ИКПС с использованием информационных технологий.

3) Проведен обзор современного состояния рынка контрольно-пропускных систем в Российской Федерации, показавший, что наиболее распространенные ИКПС являются сходными в части архитектурных решений. Основные же различия между ними лежат в плоскости программного обеспечения, сравнительный анализ которого также был проведен. Между тем, при всех отличиях, был выявлен общий недостаток среди всех анализируемых систем - их статичность, проявляющаяся не только в неспособности меняться и адаптироваться на основе накопленной статистики, но и в отсутствии инструментов автоматизации их проектирования.

4) Сформулированы основные задачи диссертационного исследования.

Во второй главе описан процесс поэтапного построения структурно-

функциональной модели (СФМ) ИКПС:

1. Проведен анализ общесистемных требований к ИКПС, позволивший обосновать необходимость одновременного использования при построении СФМ модели ИКПС ее функционального, морфологического и информационного описаний, что позволило учесть в СФМ главные общесистемные свойства ИКПС, в том числе: ее состав, структуру, уровни иерархии, процессы информационного обмена между уровнями, их взаимодействие друг с другом и с внешней средой.

2. Проведен анализ существующих методов представления СФМ сложных систем с точки зрения применимости для построения СФМ ИКПС и обоснована целесообразность совместного использования в рассматриваемой задаче нотаций ГОЕРО и ГОЕРЗ ЗАБТ-методологии.

3. На основе полученных результатов разработана СФМ ИКПС, представляющая собой комплекс иерархических диаграмм, описывающих механизмы функционирования ИКПС (пример диаграммы одного из уровней декомпозиции в нотации ШЕБО представлен на рис. 1).

Из рис. 1, в частности, видно, что неотъемлемой частью ИКПС должен являться блок анализа статистических результатов. При этом обратная связь между блоком «Анализ статистических результатов» и блоком «Реализация прохода через турникеты» обеспечивает необходимой информацией лиц, принимающих управленческие решения при подготовке и в ходе проведения массовых мероприятий, либо поддержку принятия конструкторских решений при проектировании новой ИКПС.

Рисунок 1. Пример иерархической диаграммы ИКПС

В третьей главе описан процесс разработки и верификации ИМ прохождения массовых потоков посетителей через отдельный турникет ИКПС, в основу которой были положены следующие предположения, подтверждающиеся результатами анализа опыта эксплуатации данных систем.

1. На территории объекта проведения массовых мероприятий существует ограниченное количество входов, которые тем или иным образом можно объединить в группы (например, по территориальному принципу).

2. Доступ на территорию объекта проведения массовых мероприятий осуществляется только через разрешённые для этого входы.

3. Разрешение или запрет на вход посетителя осуществляется автоматизировано на основе проверки информации, указанной на входных билетах посетителей (штрих-кодов). Множество билетов, по которым можно посетить мероприятие, ограничено, их максимальное количество заранее известно и не превышает вместимость объекта.

4. Каждый из входов оснащён считывающим устройством (сканером штрих-кода), а также устройством, ограничивающим проход (турникетом).

5. Поведение на объекте участников массовых мероприятий регламентируется правилами посещения объекта, которые определяют порядок прохода на объект.

6. По одному билету может пройти только один посетитель, все посетители имеют одинаковый приоритет при формировании очередей (FIFO - «first in - first out»).

На первом этапе построения ИМ ИКПС предложено формализованное теоретико-множественное описание ИКПС:

ACS = TICKETS,IN FLOW,QUEUES,С,GATES,T,GATE GROUPS,OUT_FLOW,OFF FLOW , где TICKETS = {TICKET,,i = \,AMOUNT} - множество входных билетов, число которых ограничено сверху вместимостью объекта: AMOUNT<CAPACITY', Каждый билет имеет уникальный идентификатор (штрих-код) и приоритет в очереди (в данном случае, в соответствие с приведенными выше требованиями все приоритеты равны):

Wie 1,AMOUNT :TICKET, = {ID,, PRIORITY,};

IN FLOW = {IN FLOW TICKET, } - входной поток посетителей, время

прибытия /'-го посетителя; QUEUES = QUEUEt, к = \,N - множество очередей

на входах; С= С QUEUEk - емкость очереди; GATES = GATEk,k = lJf -

множество входов (турникетов), каждый из которых характеризуется некоторым известным средним временем прохода одного посетителя: Т = Т GATEk ; GATE_GROUPS= GGpj = 1,М - подмножества входных

групп, являющихся разбиением множества входов:

V/ = ХМ:GGj еGATES,Vi, j = Пм:GGy nGG, =0;GG,\jGG2\<j...vGGm = GATES; OUT_FLOW = {OUT FLOW TICKET, }- поток вошедших посетителей, время прохода /-го посетителя (билета); OFF FLOW = IN FLOW\OUT FLOW -поток не вошедших посетителей.

Выбранное теоретико-множественное описание ИКПС позволило предложить формализованную СФС ИКПС (рис. 2)._

ACS

OFF_FLOW

Рисунок 2. Формализованная структурно-функциональная схема ИКПС Из рис. 2 видно:

1) При необходимости, поменяв местами потоки входящих и вошедших посетителей, предложенная СФС может быть использована для решения задачи описания процесса выхода посетителей с объекта проведения массовых мероприятий.

2) Можно декомпозировать рассматриваемую задачу на соответствующие независимые подзадачи, решаемые отдельно для каждой из входных групп.

3) ИКПС представляет собой некоторый вариант СМО, для исследования свойств которых традиционно используют технологии имитационного моделирования, позволяющего описать общие закономерности процесса функционирования ИКПС.

Далее в соответствие со СФС ИКПС предложена формулировка рассматриваемой задачи в терминах СМО: процедура проверки билетов -поступающие на вход системы заявки; накопители с известной ёмкостью, в которых посетители массового мероприятия ожидают своей очереди проверки билета - очереди; турникеты - обслуживающие устройства (ОУ) с некоторым известным средним временем обслуживания одной заявки. Введены интенсивность потока посетителей (заявок) - X. и интенсивность потока обслуживаний в канале - ц.

В соответствие с выбранным описанием жизненный цикл заявки в системе состоит из трех последовательных этапов (см. рис. 3):

1) поступление заявки в очередь (приход посетителя);

2) ожидание обслуживания в очереди (ожидание прохода);

3) обслуживание в ОУ (проход посетителя через турникет).

Обосновано, что отдельный турникет ИКПС можно рассматривать в

классификации Кендалла как М/М/1/оо - систему. При этом наличие в потоке посетителей с некорректными билетами можно учесть, внеся в выражения для предельных вероятностей изменения, приняв интенсивность обслуживания за ц' = ц-(1-д), где д - вероятность появления в потоке посетителя с некорректным билетом.

оит_по]н /

/

\

OFF_FLOW

Рисунок 3. Основные точки продвижения заявок в системе

Поскольку из накопленных статистических данных можно получить только информацию о вошедших или не вошедших посетителях (iOFF FLOW и OUT FLOW), но не о посетителях, прибывающих к объекту проведения массовых мероприятий или его окрестностям {IN FLOW), был разработан алгоритм нахождения входного потока заявок ИКПС {IN FLOW). Блок-схема данного алгоритма представлена на рис. 4.

Рисунок 4. Алгоритм нахождения входного потока заявок в системе (/ - порядковый номер заявки; М- количество заявок, прошедших через ОУ; = {'<1) / , 1 = 1 ,М} -значения моментов времени поступления заявок в систему; ¿(2) = {Г(2) ( , г = 1 ,М} -значения моментов времени выхода заявок из очереди; '|:,з - время обработки заявок в ОУ)

Далее был проведен анализ статистических данных о потоках посетителей по 18-ти мероприятиям, прошедшим в 2012-2013 гг. на «Центральном стадионе» (г. Екатеринбург), стадионе «Петровский» (г. Санкт-Петербург) и стадионе «Металлург» (г. Самара), собранные соответствующими ИКПС. Так как исходные данные представляют собой файлы специальной структуры, для обработки их обработки в пакете МАТЬАВ был разработан соответствующий программный инструментарий.

Типичные результаты обработки экспериментальных данных представлены на рис. 5.

а)

I

40 50

В)

б)

Рисунок 5. Результаты обработки статистической информации: а) зависимость количества попыток прохода через турникеты ИКПС, предпринятых в течение одной минуты, от времени; б) зависимость суммарного количества попыток прохода через турникеты ИКПС от времени; в) гистограмма распределения временных отрезков между входящими заявками на турникете

Из рис. 5 видно, что интенсивность входящего потока посетителей (X) примерно за 1 час до начала мероприятия начинает достаточно быстро увеличиваться, достигая своего максимального значения за 5-15 минут до его начала. После же начала события поток посетителей достаточно быстро уменьшается, практически до нуля. В результате резкого увеличения входящих потоков посетителей на входных группах могут образовываться так называемые «бутылочные горлышки», которые приводят к увеличению очередей и, соответственно, времени прохода. Отметим, что длительности между подавляющим количеством попыток прохода (более 75%) находятся в интервале 4-10 секунд. Так, в указанном примере максимальное количество посетителей (418 человек) было обслужено в течение 4 секунд, а время обслуживания 1081 посетителя не превысило 10 секунд.

При этом аналогичные зависимости были получены и для всех футбольных матчей, проведенных на различных стадионах, что свидетельствует об общих закономерностях потоков посетителей данных мероприятий.

Таким образом, наличие результатов анализа накопленных статистических данных позволило сделать следующие обоснованные выводы о том, что:

1. интенсивность потока заявок оказывается величиной, зависящей от времени, □ = □(£) (см. рис. 5а), т.е. поток заявок оказывается нестационарным;

2. поток обслуживании является стационарным (интенсивность ц'), при этом параметры случайного распределения для величины времени обслуживания целесообразно оценивать на основе статистических данных (см. рис. 5в);

3. количественная оценка значения вероятности нахождения в очереди посетителей с невалидными билетами д может быть получена на основе накопленных соответствующей ИКПС статистических данных.

4. система уравнений Колмогорова для рассматриваемой записывается в виде:

Получить рещения (1) в общем виде и вычислить далее показатели эффективности функционирования СМО, вследствие того, что зависимость Л = Л I не описывается какими-либо аналитическими функциями, оказывается принципиально невозможно. Поэтому в работе для изучения особенностей функционирования отдельного турникета и ИКПС в целом были использованы соответствующие имитационные модели, целесообразность применения которых обоснована, например, в работах Н.П. Бусленко.

Для разработки имитационных моделей был использован пакет БтиПпк, являющегося расширением ядра пакета МАТЬАВ. Выбор данного программного средства обусловлен тем, что данном пакете реализован полный набор инструментов, необходимых для создания имитационных моделей СМО. Блок-схема разработанной имитационной модели потоков посетителей через отдельный турникет ИКПС, представлена на рис. 6, блок-схема имитационной модели потоков посетителей через ИКПС в целом в разделе 3.1.7 диссертации. Отметим, что здесь используются потоки заявок, статистические свойства которых, подобны статистическим свойства реальных потоков посетителей массовых мероприятий, проведенных на данном объекте.

т

^¡р-=-(хо)+ц')^(о+тр,ло+и'^+хо-

со

посетителей через отдельный турникет ИКПС в втиПпк

Для верификации ИМ проведено сравнение расчетных результатов и соответствующих статистических данных по одному из проведенных футбольных матчей (рис. 7). При этом для количественного сравнения степени близости расчетных и статистических данных были использованы следующие показатели: максимальная интенсивность потока посетителей; разность временных отметок достижения максимальных интенсивностей статистического и расчетного потоков (см. табл. 1).

Таблица 1. Пример типичных статистических и модельных показателей зависимости количества попыток прохода через отдельный турникет ИКПС, предпринятых в течение

одной минуты

Турникет Максимальная интенсивность потока посетителей, приведенная на основании реализации блока анализа статистических данных, чсл./ммн. Максимальная интенсивность потока посетителей, приведенная на основании модельных экспериментов, чел./мнн. Разность временных отметок достижения максимальных интенсивностей потоков, мин.

7 12 12,7±0,6 18,0±7,0

8 12 12,2±0,7 6,3±5,9

9 12 12,9±0,8 19,6±11,5

10 13 13,2±0,5 3,2±3,1

11 10 10,8±0,3 1,9±1,4

12 12 11,2±0,4 3,0±1,0

13 11 10,9±0,3 1,4±0,1

14 10 10,1±0,3 2,1±1,4

15 16 16,7±0,6 5,5±4,2

16 13 13,2±0,4 1,9±1,0

Рисунок 7. Пример типичных статистической и расчетной зависимостей количества попыток прохода, предпринятых в течение одной минуты, от времени на одном из турникетов ИКПС

Из рис. 7 и табл. 1 видно, что значения экспериментальных и статистических показателей оказываются достаточно близкими друг к другу. Так, например, средняя разница во времени достижения точек максимума зависимостей числа попыток прохода, предпринятых в течение одной минуты, от времени составляет порядка 9 минут, что в сравнении с общим интервалом наблюдения порядка 180 минут составляет 5%. Данный результат позволил сделать обоснованный вывод об адекватности реализованной ИМ.

Далее разработана программная реализация ИМ потоков посетителей массовых мероприятий через ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга с помощью процедуры масштабирования описанной выше ИМ потока посетителей через отдельный турникет, правомерность использования которой подтверждается результатами системного анализа особенностей потоков посетителей массовых мероприятий и построенной в работе СФС модели ИКПС.

Адекватность данной модели также была подтверждена результатами сравнения экспериментально измеренных и расчетных показателей (см. табл. 2). Так, в рассматриваемом примере значения экспериментальных и статистических показателей также оказываются близкими друг другу. Так, например, наибольшая разница во времени достижения точек максимума зависимостей числа попыток прохода, предпринятых в течение одной минуты, от времени составляет чуть более 20 минут (при средней около 10 минут), что в сравнении с общим интервалом наблюдения порядка 180 минут составляет около 11% (в среднем - 5,5%).

•140 -120 -100

Таблица 2. Пример типичных статистических и модельных показателей зависимости количества попыток прохода через ИКПС, предпринятых в течение одной минуты

Турникет Максимальная интенсивность потока посетителей, приведенная на основании реализации блока анализа статистических данных, чел./мин. Максимальная интенсивность потока посетителей, приведенная на основании модельного эксперимента, чел./мин. Разность временных отметок достижения максимальных интенсивностей потоков, мин.

1 14 14,6±0,1 4,7±3,1

2 12 11,8±0,5 10,4±6,9

3 13 12,6±0,4 8,1±5,9

4 15 15,0±0,5 18,1±15,7

5 14 14,0±0,5 10,1±7,1

6 13 14,2±0,3. 10,4±3,2

7 12 12,4±0,5 20,7±9,8

8 12 12,2±0,7 9,5±4,7

9 12 12,3±0,8 15,2±9,5

10 13 13,2±0,5 4,0±2,1

В четвертой главе изложены результаты практического применения разработанной методики исследования особенностей функционирования ИКПС для анализа возможных проектных решений по ее модернизации, запланированной в рамках реконструкции Центрального стадиона г. Екатеринбурга для проведения матчей ЧМ-2018, в том числе:

1) Получены оценки показателей комфорта и безопасности прохода посетителей Центрального стадиона г. Екатеринбурга на будущие матчи ЧМ-2018, свидетельствующие о том, что при увеличении максимальной вместимости стадиона в 1,48 раз, максимальная длина очереди среди всех турникетов ИКПС увеличится от 24 до более чем 1000 человек; среднее время ожидания - от 30 секунд до 35 минут, а потому проект реконструкции Центрального стадиона г. Екатеринбурга для принятия матчей ЧМ-2018 должен предусматривать и модернизацию его ИКПС.

2) Для наиболее вероятных решений по модернизации ИКПС, соответствующих мировой практике оснащения стадионов и проведения на них крупнейших мероприятий, обсуждаемых сегодня в рамках рабочих совещаний и консультаций, с помощью разработанного инструментария вычислены зависимости показателей комфорта и безопасности посетителей от количества турникетов (пример данных зависимостей, рассчитанных для одного из вариантов представлен на рис. 8).

3) Приведены примеры решения типовых задач анализа и принятия проектных решений с помощью разработанного инструментария.

1400

1200

1000

800

600

[

400

200 0

-200 1

количество турникетов

Рисунок 8. Зависимости основных модельных показателей комфорта и безопасности прохода посетителей на матч ЧМ-2018 от количества турникетов для одного из возможных вариантов построения ИКПС

Основные результаты диссертационной работы

1. Проведен анализ особенностей управления большими потоками посетителей на объектах проведения массовых мероприятий, а также современного состояния рынка ИКПС в Российской Федерации, результаты которого позволили сделать обоснованные выводы:

1) об отсутствии у разработчиков данных систем программных инструментов, базирующихся на результатах научных исследований особенностей потоков посетителей, что затрудняет верификацию тех или иных проектных решений, предлагаемых при разработке новых либо модернизации уже существующих ИКПС;

2) о противоречии между наличием накопленных в ходе проведения массовых мероприятий больших объемов статистических показателей и использованием статистической информации на этапе выработки проектных решений, относящихся к ИКПС.

2. Проведен системный анализ ИКПС, позволивший:

1) научно обосновать с общесистемных позиций последовательность действий, выполняемых при разработке методики исследования особенностей функционирования ИКПС на этапе их проектирования и модернизации, в том числе: содержание основных этапов перехода от предварительного содержательного описания системы и исследования задачи к построению модели; выбор 8АВТ-методологии ЮЕБО и ГОЕРЗ для построения структурно-функциональной модели функционирования ИКПС, включающую в себя описание состава, структуры на каждом из выделенных уровней иерархии, взаимодействия элементов системы и соответствующие информационные процессы;

2

1: средняя длина очереди, чел. аппроксимирующая ф-ия 1 доверительный интервал 1 доверительный интервал 1 2: максимальная длина очвреди. чел. аппроксимирующая ф-ия 2 доверительный интервал 2 доверительный интервал 2 3: среднее время ожидания в очереди, сек. аппроксимирующая ф-ия 3 доверительный интервал 3 доверительный интервал 3

2) создать на основе интеграции нотаций IDEF0 и IDEF3 структурно-функциональную модель ИКПС.

3. Разработана методика исследования особенностей функционирования ИКПС на этапе их проектирования и модернизации, адаптированная для Центрального стадиона г. Екатеринбурга, включающая в себя:

1) разработанную в пакете MATLAB программную реализацию модуля анализа статистических данных, позволившую исследовать особенности функционирования ИКПС на основе анализа накопленной статистической информации по 18 массовым мероприятиям, прошедшим в 2012-2013гг. на 3 различных объектах (Центральный стадион, г. Екатеринбург; стадион «Петровский», г. Санкт-Петербург; стадион «Металлург», г. Самара);

2) разработанный на их основе итерационный алгоритм нахождения количественных параметров потоков поступления посетителей для прохода через отдельный турникет, имеющий линейную сложность о(п), с подтверждением его работоспособности;

3) построенную имитационную модель ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга [96], адекватность которой подтверждена сходимостью соответствующих расчетных и экспериментальных результатов, и ее программную реализацию.

4. Продемонстрирована возможность использования программной реализации разработанной методики в качестве инструмента анализа предлагаемых конструкторских решений, ожидаемых в рамках реконструкции объекта для проведения матчей ЧМ-2018, получены научно обоснованные подтверждения объективной необходимости модернизации ИКПС Центрального стадиона и оценки различных конфигураций размещения турникетов ИКПС.

Публикации по теме диссертации Статьи, опубликованные в журналах из списка ВАК

1. Якоб Д.А. О выборе методологии построения информационных моделей контрольно-пропускных систем, используемых для управления людскими потоками высокой интенсивности / Д.А. Якоб, C.B. Поршнев // Инженерный вестник Дона, 2012. -№ 3. -URL: http://ivdon.rn/magazine/archive/n3y2012/917 (дата обращения: 30.09.2013).

2. Якоб Д.А. Информационная модель контрольно-пропускной системы объектов с массовыми потоками посетителей / Д.А. Якоб, C.B. Поршнев // Научно-технический вестник Поволжья, 2012. -№ 5. -С.268-273.

3. Якоб Д.А. Построение имитационной модели информационной контрольно-пропускной системы объекта проведения массовых мероприятий / Д.А. Якоб, C.B. Поршнев // Автоматизация и современные технологии, 2013. -№ 6. -С.39-44.

Другие публикации

1. Якоб Д.А. К построению математических моделей контрольно-пропускных систем объектов, используемых для проведения массовых мероприятий: системный анализ проблемы / Д.А. Якоб, C.B. Поршнев //

Сборник докладов I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных с международным участием «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве» (Т1М'2012), г. Екатеринбург, 29-30 марта 2012 г. -Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2012. -С. 262-265.

2. Якоб Д.А. Информационная модель контрольно-пропускной системы объекта с массовыми потоками посетителей / Д.А. Якоб, C.B. Поршнев // Физика и технические приложения волновых процессов: труды XI Международной научно-технической конференции, г. Екатеринбург, 2628 сентября 2012 г. -Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2012. -С. 310-312.

3. Якоб Д.А. Системный анализ проблемы построения математических моделей контрольно-пропускных систем / Д.А. Якоб, C.B. Поршнев // Материалы международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития», г. Одесса, 2-12 октября 2012 г. -Одесса: КУПРИЕНКО, 2012. С. 50-55.-Выпуск 3. -Том 2. -С.50-55.

4. Якоб Д.А. К разработке модели информационной контрольно-пропускной системы объекта с массовыми потоками посетителей / Д.А. Якоб, C.B. Поршнев // Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, 29 ноября - 2 декабря, 2012. -Новосибирск: Изд-во НТГУ, 2012. -Часть 3. -С. 174-177.

5. Yakob D.A. Development of information model of access control system for objects with mass flows of visitors /D.A. Yakob, S.V. Porshnev// Applied and Fundamental Studies: Proceedings of the 1-st International Academic Conference. (St. Louis, USA, October 27-28, 2012). - Volume 1. - P.190-196.

6. Якоб Д.А. Программное обеспечение современных контрольно-пропускных систем для проведения массовых мероприятий/ Д.А. Якоб, C.B. Поршнев // Теория, техника и экономика сетей связи: Сборник научно-технических и методических трудов. Выпуск 10 - Екатеринбург: УрТИСИ ФГОБУ ВПО «СибГУТИ», 2012. -С. 381-385.

7. Якоб Д.А. Футбол без опасности: комплексные решения. Football without danger: complex solutions. /Д.А. Якоб, В. Новожилова// Sport Facilities. Сооружения и индустрия спорта, 2013. -№4(20). -С. 18-21.

Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ

1. Якоб Д.А. Программный комплекс «OneGateFlow for MATLAB» / Поршнев C.B., Якоб Д.А. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013618902 от 20 сентября 2013.

2. Якоб Д.А. Программный комплекс «ModCS for MATLAB» / Поршнев C.B., Якоб Д.А. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013619145 от 26 сентября 2013.

Подписано в печать 29.11.2013 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1, Заказ № 1200. Тираж 150 экз.

Типография «УрГЭУ» 620219, г. Екатеринбург, ул. 8 марта, 62.

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

На правах рукописи

04201 453970

ЯКОБ Дмитрий Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ КОНТРОЛЬНО-ПРОПУСКНЫХ

СИСТЕМ

Том 1

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (связь и информатизация)

Научный руководитель: ПОРШНЕВ Сергей Владимирович, доктор тех. наук, профессор

Екатеринбург - 2013

Содержание

Список сокращений................................................................................................4

Введение...................................................................................................................6

Глава 1. Анализ современного состояния рассматриваемой проблемы. Постановка задач исследования..........................................................................16

1.1. Особенности управления большими потоками людей. Методологические проблемы анализа проектирования и функционирования ИКПС для объектов с массовым пребыванием людей..................................16

1.2. Обзор современного состояния рынка контрольно-пропускных систем

в Российской Федерации...................................................................................34

1.3. Сравнение программного обеспечения современных контрольно-пропускных систем............................................................................................40

1.4. Постановка задач исследования................................................................42

Глава 2. Построение структурно-функциональной модели ИКПС.................44

2.1. Анализ общесистемных требований к разрабатываемой модели ИКПС ..............................................................................................................................44

2.2. Основные понятия и подходы системного моделирования...................53

2.3. Выбор методологии построения структурно-функциональной модели ИКПС...................................................................................................................60

2.4. Структурно-функциональная модель ИКПС...........................................68

2.5. Выводы.........................................................................................................75

Глава 3. Построение и верификация имитационных моделей ИКПС.............76

3.1. Построение имитационных моделей ИКПС............................................76

3.1.1. Основные допущения и ограничения....................................................76

3.1.2. Формализация структурной модели ИКПС..........................................77

3.1.3. Описание процесса прохождения массовых потоков посетителей через турникеты ИКПС с точки зрения теории массового обслуживания.. 79

3.1.4. Алгоритм нахождения входного потока заявок ИКПС на основе статистических данных.....................................................................................85

3.1.5. Анализ статистических данных работы ИКПС реальных объектов .. 89

3.1.6. Имитационная модель прохождения массовых потоков посетителей через отдельный турникет ИКПС и ее программная реализация...............107

3.1.7. Программная реализация имитационной модели потоков посетителей массовых мероприятий через ИКПС объекта...............................................115

3.2. Верификация имитационных моделей ИКПС.......................................120

3.2.1. Верификация имитационной модели потоков посетителей массовых мероприятий через отдельный турникет ИКПС...........................................120

3.2.2. Верификация имитационной модели прохождения массовых потоков посетителей через ИКПС объекта..................................................................125

3.3. Методика исследования особенностей функционирования ИКПС объекта..............................................................................................................129

3.4. Выводы.......................................................................................................129

Глава 4. Анализ результатов практического применения методики исследования особенностей функционирования ИКПС для Центрального стадиона г. Екатеринбурга в рамках подготовки проекта реконструкции объекта для принятия матчей FIFA чемпионата мира по футболу 2018 г.... 131

4.1. Оценка показателей комфорта и безопасности посетителей Центрального стадиона г. Екатеринбурга на матчи ЧМ-2018....................132

4.2. Сравнительный анализ и обоснование рекомендаций по реконструкции ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга в преддверии ЧМ-2018 136

4.3. Выводы.......................................................................................................151

Заключение..........................................................................................................152

Библиографический список...............................................................................154

Список сокращений

ИКПС - информационная контрольно-пропускная система

КПС - контрольно-пропускная система

СППР - система поддержки принятия решений

ППС - платежно-пропускная система

ИМ - имитационное моделирование

ИТ - информационные технологии

ОС - операционная система

ЛИР - лицо, принимающее решение

СКУД - система контроля управления доступом

СВН - система видеонаблюдения

ИС - информационная система

СА - системный анализ

СФМ - структурно-функциональная модель

ИБ - информационная база

БД - база данных

СУБД - система управления базами данных

АРМ - автоматизированное рабочее место

ПК - персональный компьютер

ПО - программное обеспечение

КПД - каналы передачи данных

ИУС - информационно-управляющая система

ТМО - теория массового обслуживания

СМО - система массового обслуживания

СФС - структурно-функциональная схема

ОУ - обслуживающее устройство

FIFO - очередь вида "first in - first out"

ЧМ-2018 - Чемпионат Мира по футболу FIFA 2018 года

Введение

Актуальность темы исследования. Сегодня основными приоритетами при организации массовых мероприятий являются безопасность их посетителей и, как следствие, минимизация рисков угрозы их здоровью и жизни. В этой связи непрерывно ужесточаются правила и регламенты организации мероприятий с массовым участием людей [5,87], призванные в условиях естественного повышения уровня жизни обеспечить соответственно возрастающие требования со стороны посетителей к комфорту и безопасности во время проведения подобных мероприятий.

Анализ накопленного мирового опыта [44,55,4] показывает, что необходимым условием, обеспечивающим существенное снижение рисков, связанных с возникновением нештатных ситуаций при проведении массовых мероприятий, является наличие на объекте информационной контрольно-пропускной системы (ИКПС), структура которой максимально адаптирована к особенностям потоков посетителей. Основными функциями данной системы являются [97]:

• организация потоков посетителей на входах, выходах и внутри объекта;

• управление разграничениями доступа;

• сопровождение и контроль процесса прохода;

• мониторинг текущего состояния системы, получение своевременных, актуальных и достоверных показателей ее работы в режиме реального времени;

• накопление и дальнейший анализ статистических данных для принятия организационных и управленческих решений.

Несмотря на высокую важность подобных систем и, как следствие, высокую степень ответственности их проектировщиков, практика показывает, что их разработка и внедрение зачастую основаны на

эмпирических исходных данных, не имея под собой научно обоснованных оснований. При этом эмпирическая верификация предлагаемых конструкторских решений крайне затруднена в силу необходимости привлечения значительных организационных, человеческих, временных и финансовых ресурсов.

Таким образом, существует практическая потребность в создании научно обоснованной методики исследования особенностей функционирования ИКПС при ее проектировании и модернизации для объектов проведения массовых мероприятий, призванной проводить верификацию, объективный анализ, оценку и сравнение тех или иных конструкторских решений на этапе разработки эскизного и/или технического проекта подобных систем. При этом, принимая во внимание трудности, возникающие при эмпирическом сравнении конструкторских решений, представляется целесообразным применять известный в системном анализе подход, основанный на использовании программной реализации соответствующей математической модели исследуемой системы [40,41,58,79].

Поскольку с точки зрения общесистемного подхода ИКПС следует отнести к классу сложных информационно-управляющих систем (ИУС), то в качестве методологии разработки математической модели ИКПС целесообразно использовать системный анализ (СА) [26] - универсальную методологию решения подобных задач, обеспечивающую исследователя комплексом качественных и количественных методов, предназначенных для изучения структуры и законов функционирования и эволюции сложных систем. Выбранный подход определяет последовательность этапов решения рассматриваемой задачи:

1) анализ общесистемных требований, предъявляемых к ИКПС;

2) обоснование выбора методологии, используемой для общесистемного описания ИКПС;

3) создание концептуальной структурно-функциональной модели ИКПС, описывающей структуру изучаемой системы, информационные процессы, реализуемые между ее подсистемами и элементами, а также правила их взаимодействия друг с другом;

4) выбор на основе анализа структурно-функциональной модели ИКПС адекватного математического аппарата, используемого для разработки математической модели ИКПС;

5) разработка математической модели ИКПС и ее программной реализации; верификация математической модели ИКПС на основе анализа накопленных эмпирических данных.

Принимая во внимание формальное сходство между процессами прохождения заявок в системах, изучаемых в теории массового обслуживания (СМО) [80], и потоков посетителей массовых мероприятий, представляется целесообразным использовать при построении математической модели ИКПС методологию СМО, предусматривающую построение вероятностных математических моделей и проведение статистических испытаний (имитационное моделирование (ИМ)).

В то же время следует отметить важные отличия в постановке задачи моделирования потоков посетителей массового мероприятия от классической задачи СМО, в которой для данной конфигурации СМО известны количественные характеристики входного потока заявок, каждая из которых после некоторого ожидания в очереди обслуживается: в рассматриваемой задаче обрабатываются не все находящиеся в очереди заявки, часть из них отклоняется (часть посетителей получает отказ в праве прохода на объект проведения массового мероприятия); отсутствует априорная информация о характеристиках входного потока посетителей (моменте начала ожидания прохода и, соответственно, времени ожидания в очереди), но имеется эмпирическая информация о потоках посетителей вошедших и невошедших на объект проведения массового мероприятия. Следовательно, требуется

8

соответствующая модернизация классических подходов СМО в рассматриваемой задаче.

Таким образом, задача разработки методики исследования особенностей функционирования ИКПС представляет интерес как с практической, так и с научной точек зрения.

Объект исследования: информационные контрольно-пропускные системы объектов с массовыми потоками посетителей.

Предмет исследования: особенности функционирования информационных контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий.

Цель диссертационной работы: научно обоснованная разработка методики исследования особенностей функционирования информационных контрольно-пропускных систем объектов проведения массовых мероприятий и ее программная реализация.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи исследования:

1. Анализ современного состояния рынка ИКПС объектов проведения массовых мероприятий и их программного обеспечения.

2. Обоснование выбора научных методов, использованных для построения методики исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий.

3. Разработка методики исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий и ее программной реализации, адаптированной для Центрального стадиона г. Екатеринбурга, и ее верификация.

4. Применение разработанной методики в задаче оценки возможных конфигураций ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга, рассматриваемых в рамках реконструкции объекта для проведения матчей ЧМ-2018.

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, имитационного моделирования, математической статистики, дискретной математики и вычислительной математики.

Научная новизна полученных результатов. К основным новым результатам, полученным в диссертации, можно отнести.

1. Методику исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий, основанную на результатах их С А, реализующуюся следующей последовательностью действий:

1.1. Создание на основе интеграции 8АБТ-методологий ГОЕБО и ГОЕБЗ структурно-функциональной модели ИКПС выбранного объекта.

1.2. Разработка имитационной модели ИКПС выбранного объекта, параметры которой идентифицируются на основе результатов анализа накопленной ранее статистической информации, и ее верификация.

1.3. Исследование особенностей функционирования особенностей ИКПС на основе имитационного моделирования, основная цель которого состоит в получении количественных оценок выбранных показателей качества обслуживания посетителей.

2. Предложен алгоритм вычисления параметров потока поступления посетителей в очередь для прохода через отдельный турникет ИКПС, основанный на использовании статистических данных о прошедшем через турникет потоке посетителей и потоке посетителей, получивших отказ в праве прохода на мероприятие.

3. Построены, идентифицированы и верифицированы имитационная модель процесса прохождения массовых потоков посетителей через отдельный турникет ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга, а также имитационная модель ИКПС данного объекта, в целом.

4. Получены оценки количественных характеристик потоков посетителей футбольных матчей на основе анализа статистической информации, накопленной на различных стадионах Российской Федерации,

ю

свидетельствующие о наличии общих закономерностей изученных потоков посетителей, независящих от географического положения стадиона и конфигурации конкретной ИКПС, что позволяет тиражировать и использовать предложенные в диссертации решения на других футбольных стадионах и других объектах проведения массовых мероприятий.

Практическая значимость работы

Разработанная методика исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий была применена для Центрального стадиона г. Екатеринбурга, что позволило получить научно обоснованные оценки возможных проектных решений по модернизации ИКПС в рамках реконструкции Центрального стадиона г. Екатеринбурга для проведения матчей ЧМ-2018.

На защиту выносятся:

1. Методика исследования особенностей функционирования ИКПС на объектах проведения массовых мероприятий.

2. Результаты анализа статистической информации, накопленной на различных стадионах Российской Федерации, оценки количественных характеристик потоков посетителей футбольных матчей.

3. Алгоритм нахождения параметров потока поступления посетителей в очередь на проход через турникет ИКПС, основанный на использовании статистических данных о прошедшем через турникет потоке посетителей и потоке посетителей, получивших отказ в праве прохода на мероприятие.

4. ИМ процесса прохождения массовых потоков посетителей через отдельный турникет ИКПС, идентифицированную и верифицированную на основе статистики, собранной во время проведения футбольных матчей на Центральном стадионе г. Екатеринбурга.

5. ИМ ИКПС Центрального стадиона г. Екатеринбурга.

Достоверность полученных результатов подтверждается

обоснованным применением методов системного анализа, имитационного моделирования, математической статистики, дискретной математики и вычислительной математики и согласованностью результатов работы имитационной модели ИКПС с накопленными статистическими данными.

Внедрение результатов диссертационного исследования

Результаты диссертационного исследования использованы в ОАО «Центральный стадион» в ходе анализа работы ИКПС объекта, а также в ходе заседаний рабочей группы по проектированию реконструкции стадиона для принятия матчей ЧМ-2018 (соответствующие акты внедрения приведены в Приложении 6).

Результаты диссертационного исследования были включены в инновационный проект, представленный на конкурсе, проведенном в 2013 г. Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. По результатам конкурса проект стал победителем программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК») 2013 г.

Апробация работы

Материалы работы докладывались на следующих научных конференциях: Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве» (Т1М'2012) с международным участием, г. Екатеринбург, 2012г.; Международной на�