ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР ВИЗУАЛИЗАЦИИ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Сафронов А.И.
МГУПС (МИИТ), Москва, Россия

В современных условиях информационные технологии на транспорте являются неотъемлемой частью большинства производственных процессов. Рассмотрим данную тенденцию на примере автоматизации процесса синтеза планового графика движения (ПГД) и построения графика исполненного движения (ГИД) пассажирских поездов метрополитена (ППМ), которая реализована на Московском метрополитене с использованием разработанной на кафедре «Управление и информатика в технических системах» МИИТа автоматизированной системы построения ПГД ППМ (АСП ПГД ППМ).

Основные функции АСП ПГД ППМ состоят в следующем:

- автоматизированный синтез ПГД, который представляет собой совокупность процедур, выполняемых над нитками графика - описаниями движения маршрутов с момента их выхода на главный путь и до момента ухода с него. При этом в них указываются маневровые передвижения в начале и конце движения по главному пути, содержится информация о переходах маршрута с одной нитки графика на другую и о порядке следования ниток графика по одному главному пути;
- визуализация ниток графика. Визуализация есть сложный процесс передачи образов, в случае рассматриваемой системы – образов ниток графика. Под образом нитки понимается графическое отображение движения маршрута с момента его выхода на главный путь и до момента ухода с него, с указанием маневровых передвижений, с отображением информации о переходах маршрута с одной нитки графика на другую и о порядке следования ниток графика по одному главному пути;
- построение ГИД – поперегонный расчёт в реальном времени ниток графика и визуализация их образов в соответствии с ситуацией, сложившейся на линии с учётом плановых переходов между заданиями (выход на главный путь, уход с главного пути, прибытие на станцию назначения, начало движения от станции отправления) и возможных сбоев.

Синтез программного обеспечения систем, подобных АСП ПГД ППМ, в современных средах объектно-ориентированного программирования базируется на использовании обработчиков событий (двойное нажатие кнопки «мыши», нажатие клавиши клавиатуры, отпускание клавиши клавиатуры, движение «мыши», нажатие кнопки «мыши» и отпускание кнопки «мыши»). Таким образом, разумно процедуры, выполняемые системой связать с этими событиями. Более того, очевидно, что вслед за нажатием клавиши следует отпускание, а значит, мы имеем право, по нажатию клавиши, проводить предварительную проверку возможности выполнения действия, а по отпусканию – выполнять действие, если безошибочно пройден этап предварительной проверки.

Описание принципа действия подобных систем удобно выполнять не в традиционной форме схем алгоритмов, а на основе модели, в основе которой лежат причинно-следственные связи между событиями. Одним из способов такого описания является использование сетей Петри. Данный механизм позволяет существенно повысить качество составления и отладки программного обеспечения больших систем.

В широком смысле, качество большинства современных программных продуктов оценивается не только по функциональности, но и по гибкости пользовательского интерфейса. Однако не стоит забывать, что эта гибкость должна быть «разумной», то есть должны быть предусмотрены всевозможные пути обхода ситуаций, которые могут привести к ошибке, одновременно, при этом важно уберечь пользователя от принятия неправильного решения. Очевидно, что исходный код программы в рассматриваемом случае будет разветвлён более чем на 3 яруса, что уже затрудняет восприятие данной структуры. Схемой можно добиться удобного восприятия 5-7 ярусов ветвления. При более сложной структуре вычислительного процесса имеет смысл прибегнуть к графовой модели сетей Петри.

Следует рассмотреть причины, согласно которым графовые модели обеспечивают прозрачность восприятия. Прежде всего, здесь мы имеем дело с рисунком, а рисунок, как известно, наиболее древний вид передачи образов, восприятие которых одинаково отображается в сознании большинства людей. Переходы от вершины к вершине последовательны, таким образом, всегда можно отследить запрещённые состояния и выявить ошибки, если таковые присутствуют.

Наслоение последовательности операций, основанных на процедурах обработки событий, может вызывать некоторую путаницу в восприятии алгоритмов. Для подобных случаев удобно использовать механизм сетей Петри, составляя тем самым описательную модель процесса с явными и неявными промежуточными состояниями.

Нитки графика представлены в персональном компьютере объектами, которыми удобно манипулировать посредством математических операций, однако, эта информация не является наглядной для пользователя. Пользователю удобнее получать ту же информацию в графическом виде, таким образом, вопрос визуализации выступает тут в качестве связующего звена между вычислительным процессом и процессом передачи информации пользователю в реальном времени. Из этого следует, что именно визуализация является неотъемлемой частью пользовательского интерфейса, повышению качества работы с которым и посвящена данная статья.

Для каждой из функций АСП ПГД ППМ важно правильное отображение ниток. И если для первых двух затраченное машинное время не имеет принципиального значения, то для построения ниток ГИД в реальном времени нужно следить за тем, чтобы количество исполняемых операций перерисовки было как можно меньше. Также необходимо отслеживать, чтобы прорисовка велась лишь в той области, которая в данный момент отображена на экране.

Ранее созданный набор процедур визуализации представлен множеством схожих элементов, каждый из которых использует свой собственный поднабор процедур перерисовки текстовой информации. В то время как каждая из независимых процедур в отдельности не требует особой оптимизации вычислений, то комбинация этих процедур может наслаивать выполнение одинаковых операций прорисовки. Таким образом, последний случай представляет собой особый интерес.

В данной статье авторами на примере одной из операций по созданию нитки графика рассматривается сеть Петри, в которой указаны характерные этапы упомянутой операции с обособлением условных переходов и событий, с ними связанных. Особенностью этой операции является использование цепочки событий. По нажатию кнопки мыши на линию конечной станции создаётся фантом – предварительный образ нитки, который будет утверждён лишь после того, как пользователь отпустит кнопку мыши. При этом фантом нитки легко перемещается вдоль по горизонтальной прямой в зависимости от перемещения мыши. Как только пользователя удовлетворит положение фантома, он сможет опустить клавишу мыши и тем самым запустить на исполнение ряд процедур визуализации для конкретной рассматриваемой операции. Подробнее упомянутые цепи событий и процедуры отражены в сети Петри, приведённой ниже.

В настоящее время разработан ряд ветвей, исходящих из обобщённой сети Петри для операций, связанных с процессом визуализации. Между всеми ветвями установлена связь через обобщённую сеть Петри, начальным моментом которой принят момента загрузки ПГД и вывода его на экран.

Сафронов, А. И. Оптимизация процедур визуализации графиков движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов // Труды VII Международной научно–практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem». – М.: МИИТ. – 2010. – С. 315-317.