Loe raamatut: «Прикладные программы для выбора оптимального маршрута при транспортных перевозках»

Добро пожаловать в мир программирования!

© Сергей Александрович Евдокимов, 2023

ISBN 978-5-0059-9772-2

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Учебная инструкция

для опытных программистов

Прикладные программы

для выбора оптимального маршрута

при транспортных перевозках

Изучаем высокоуровневое программирование на C Sharp!

Это второе издание книги по C#

© Сергей Евдокимов, 2023

ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ОБОЗНАЧЕНИЕ И СОКРАЩЕНИЕ

API – Application Programming Interface;

ASP – Active Server Pages;

ATI – Acronis True Image;

ADO – ActiveX Data Objects;

COM – COMmunication;

CMS – Content management system;

DB – DeciBel;

DVD – Digital Video Disc;

DFD – Data Flow Diagram;

EDIFACT – Electronic Data Interchange for Administration, Commerce and Transport;

GPS – Global Positioning System;

IBM – International Business Machines;

IP – Internet Protocol;

IP – The International Road Transport Union;

IoT – Internet of Things;

IDF0 – Icam DEFinition for Function Modeling;

JoL – Jaques of London;

JS – JavaScript;

LINQ – Language-Integrated Query;

LDA – Latent Dirichlet Allocation;

MS – Microsoft Studio;

MFC – Microsoft Foundation Classes;

MDF – Media Descriptor File;

MVS – Multiple Virtual Storage;

MVP – Minimum Viable Product;

MVC – Model-View-Controller;

NB – New B;

OS – Operating System;

OBS – Open Broadcaster Software;

ORM – Object-Relational Mapping;

OSPF – Open shortest path first;

PoE – Power over Ethernet;

LIFO – Last In First Out;

LINQ – Language-Integrated Quer;

SSMS – SQL Server Management Studio;

SPI – Serial Peripheral Interface;

SQL – Structured Query Language;

TV – TeleVision;

USB – Universal Serial Bus;

UIPAB – User Interface Process Application Block;

VB.Net – Visual Basic. NET;

VCC – Voltage of the CirCuit;

WF – Windows Form;

WBS – Work breakdown structure;

XML – eXtensible Markup Language;

WPF – Windows Presentation Foundation;

БД – База данных;

ВУЗ – Высшее учебное учреждение;

ГОСТ – ГОсударственный СТандарт;

ПО – Программное Обеспечение;

КИ – Конфиденциальная информация;

КНР – Китайская Народная Республика;

ИТ – Информационные технологии;

ООН – Организация Объединённых Наций;

ООП – Объектно-ориентированное Программирование;

ОС – Операционная система;

ПК – Персональный компьютер;

ПС – Программная Среда;

ПЗУ – Постоянное запоминающее устройство;

РБД – Реляционная база данных;

РФ – Российская Федерация;

ТС – Транспортное средство;

ТЗ – Техническое задание;

ТО – Транспортное обслуживание;

ТП – Транзитный пункт;

ТМ – Транспортный маршрут;

ЧП – Чрезвычайное положение;

ЭВМ – Электронная вычислительная машина;

ЯП – Язык программирования;

англ. – английский;

м. – метр;

др. – другие;

общ. – общий;

рис. – Рисунок;

стр. – страница;

см. – смотреть;

табл. – Таблица;

т. д. – так далее;

т. п. – тому подобное;

т.е. – то есть;

шт. – штука (штук).

эл. – элемент;

ВВЕДЕНИЕ

Данная книга посвящена разработке программного обеспечения для эффективного учета маршрута для предоставленных услуг транспортных перевозок, и сопутствующих товаров на территории страны.

Программа написана на языке программирования С# с использованием языка разметки HTML, языка программирования JS и СУБД MySQL. Разработанное ПО является кроссплатформенным и может функционировать под управлением любой операционной системы, например, Windows или Linux.

Работа содержит анализ деятельности перевозок (частных) по техническому обслуживанию, техническое задание, проект программного обеспечения, результаты разработки, раздел экономики, а также текст программы, инструкцию, методику и программы по испытаниям

Данный проект выполнен на 200 страницах, содержит 30 рисунков, 200 таблиц, 3 дополнений и список использованной литературы из 42 наименований.

ВСТУПЛЕНИЕ

Ключевым фактором при выборе программ для составления оптимальных маршрутов есть возможность своевременного выполнения всех необходимых задач при минимальных затратах. Использование правильного программного обеспечения решает ключевые задачи, стоящие перед этим сегментом.

Оптимизация маршрута – это задание, которое возникает перед государственными и коммерческими организациями в самых разных отраслях, характеризующихся наличием транспортной сети. Для экстренных служб целью оптимизации маршрутов является скорейшее прибытие на место происшествия, для коммерческих организаций – уменьшение финансовых и временных расходов. По мере развития экономики на международном рынке и в связи с повышением эффективности транспортных процессов необходимы новейшие подходы к организации перевозок. Таких показателей может быть достаточно много, и их все следует учитывать при построении оптимального маршрута.

Управление транспортом обычно включает в себя две мало связанные задачи – логистику и мониторинг. Таким способом предстоит проводить отчисления всех возможных маршрутов, но он не заточен под задачу конкретной компании (учреждения). Соответственно, дистрибьюторскими компаниями и интернет-магазинами необходимо найти автоматизированные и специализирующее программные решения, для качественного интегрирования с учетными системами.

Задача нахождения оптимального маршрута не нова, поэтому существует множество онлайн и офлайн сервисов решающих задачи построения оптимального маршрута. Но это очень дорого и имеет много ошибок. Поэтому задача разработки пакета программ для решения этого вопроса актуальна. Создание программ по поиску правильного маршрута является необходимым аспектом при работе и обслуживании транспортных перевозок. Исходя из этого, в данной дипломной работе разработан пакет прикладных программ, а именно: справка транспортировки, система оптимальных маршрутов и система построения кратчайшего маршрута. Все это важно при построении необходимого оптимального маршрута для транспортных перевозок для любого предприятия в сфере услуг доставки по месту и времени. Следовательно, тема дипломного проекта актуальна.

Целью этого проекта является разработка пакета программного обеспечения по улучшению работы транспортных перевозок за счет построения наиболее оптимальных маршрутов транспортного средства.

Объектом работы является отрасль транспортных перевозок разных типов.

Предметом работы является ПО в области транспортных перевозок почтового груза.

К задачам данного проекта отнесено:

– Проанализировать существующие виды деятельности транспортных предприятий.

– Развернуть особенности построения систем выбора оптимального маршрута для транспортных перевозок.

– Проанализировать существующее программное обеспечение аналогичного направления.

– Разработать проект и реализовать программное обеспечение для выбора оптимального маршрута транспортных перевозок.

РАЗДЕЛ 1. Анализ услуг и видов деятельности в сфере транспортных перевозок

Глава 1. Предоставление услуг в сфере транспортных перевозок

Планировка маршрута – это необходимый элемент любой перевозки, поездки, передвижения на ТЗ по стране и даже по миру. Так как время, которое было потрачено по оптимизации предстоящей поездки, трудный вопрос, например есть возможность сэкономить топливо и своё время. А часто можно ждать в постоянных «пробках» или временного перекрытия движения ТЗ. Рекордная конкуренция по транспортным услугам привела к тому, что учреждения, некоторые не используют сервисы с актуальным спросом, не имеют конкурентоспособности, и теряются в мире рынка. Актуальные транспортные услуги на сей день не ограничивают только транспортировкой. Это трудная работа, в которой каждому определённая роль за участок процесса.

Современная технология, высококвалифицированные специалисты, продуманная и спланированная работа, главные отличия высококачественной компанию-перевозчика от всех остальных. Сфера таких услуг должна работать таким образом, чтобы полностью удовлетворить требования клиента с малыми по возможности затратами. Показателем качества грузоперевозок на автотранспортных предприятиях является характеристика одного или нескольких потребительских свойств данной услуги, соединяющих ее качество. То есть, то есть качество перевозки оценивается по сборам параметров, которые определяют их пригодность к удовлетворению потребности клиента (грузоотправителя или грузополучателя) в соответствующей перевозке.

К транспортным услугам относится:

– перевозка пассажиров и грузов;

– погрузочные и разгрузочные работы;

– складское хранение любого груза;

– подготовка транспортного средства;

– предоставление ТС на условиях проката или аренды;

– доставка новых машин или отремонтированных;

– транспортные экспедиционные услуги.

Основная транспортная услуга компаний – это, конечно же, грузоперевозки. Обычно, данная услуга взаимосвязана с другими процессами такими как: погрузки, разгрузки, экспедирование и т. д.

К дополняющим транспортным услугам относятся: коммерческие, информационные, маркетинговые, услуги по страхованию.

Классификацировать виды транспортных услуг можно через конкретные образцы для этих услуг и идентифицировать особенности по формированию регионального рынка по транспортных услугам.

Возможна классификация транспортных организаций в зависимости от видов транспорта, функционирование которых является объектом их деятельности. Следует выделить пять классификационных групп транспортных организаций, представляющих следующие виды транспорта:

– автомобильный;

– железнодорожный;

– воздушный;

– морской;

– речной.

В рамках этих критерий нужно выделить общую концепцию всех видов транспортных услуг, которые используются для выполнения потребляемых в соотношении с договорённостями по контрактам, которые заключались между производителями данных услуг и их непосредственными потребителями. По виду объектов для перевозки (грузы или пассажиры) транспортные услуги имеют классификацию на грузовые и пассажирские (Табл. 1.1.1). К грузовым подвидам услуг относят: подготовка груза к перевозке, регулировка подвижных составов, погрузки грузов, оформление документов по перевозке, реализация процессов по перевозки, выгрузка груза и т. п. К пассажирским видам услуг относятся: подача пассажирского подвижного состава, обеспечение удобной посадки людей, перемещение пассажиров с необходимым комфортом, организация выхода пассажиров из подвижного состава по окончании поездки и др.

Таблица 1.1.1 – «Классификация транспортных услуг»

Потребность в услугах транспорта часто зависит от развития имеющихся в конкретном регионе видов автотранспорта, их интегрированности в единую систему, ассортимента и качества услуг потенциальным клиентам. С развитием рыночной экономики удельный вес услуг транспорта растет, данная ситуация характерна почти для всех стран.

Глава 2. Описание видов деятельности транспортных предприятий

По мере того, как развивается бизнес и торговля, растет необходимость перемещать товар, материалы и оборудование. Организация перевозок часто влечет множество трудностей и таит в себе немало подводных камней, обойти которые могут только профессионалы своего дела. Поэтому, чтобы облегчить себе задачи, руководители организаций обращаются за помощью к специалистам, работающим в таких предприятиях. На сегодняшний день в каждом городе есть предприятие. Итак, мы рассматриваем транспортную организацию, предлагающую услуги, связанные с перевозкой. Ее деятельность подразумевает выполнение множества задач, среди которых:

– подготовка груза;

– загрузка разгрузки;

– доставка;

– хранение;

– оформление документации и согласование тарифов;

– контроль за перемещением грузов;

– техническое обслуживание транспортных средств;

– логистика.

От уровня профессионализма транспортного предприятия зависит скорость перевозки и хранения товара. И в области организации грузоперевозок четко просматриваются два основных направления:

– Гибкость ассортимента услуг транспорта по различным требованиям клиентов. Для разных групп клиентов сервисы обязаны предоставляться в согласовании с их настоящими потребностями. Потребители должны сами выбрать услуги, их количество и способы реализации.

– Активное продвижение услуг транспорта с целью получения дополнительной прибыли.

Существует несколько способов организации таких компаний. Наиболее распространено линейное управление.

Глава 3. Эффективность ИT в сфере транспортных перевозок

ИТ предоставляют возможность повысить в значительной мере эффективность транспортных операций. ИТ предназначены для предоставления управленческой информации в целях решения проблем, касающихся транспортных перевозок и транспортных ресурсов. Эта действующая в режиме настоящего времени активная система предоставляет транспортным операторам надежную, полезную и оперативную информацию о транспортных операциях с указанием местонахождения товаров и транспортном оборудовании. Соответствующие показатели позволяют руководству устранять оперативные сбои и на национальном и субрегиональном уровнях предоставлять данные для макроэкономического планирования транспортного сектора.

По эффективности работы и для повышения качества транспортных перевозок необходимо разрабатывать дополнительные методы посредством использования информационной технологии и средств связи. Целью информационной технологии управления является удовлетворение информационных потребностей всех сотрудников организации, имеющих дело с принятием решений. Она может быть полезна на любом уровне управления. Эта технология ориентирована на работу, в среде информационной системы управления и используется при более плохой структурированности решаемых задач.

Большое значение в мульти- и интервокальных перевозках имеет информационно-компьютерная поддержка транспортного процесса. Для интеграции нашей страны в мировое информационное пространство (в том числе и в сфере транспортировки) необходимо использование современных инновационных технологий, в том числе программное обеспечение для электронного обмена данными EDI, EDIFACT, развитие безбумажного электронного документооборота и модификация электронной карты местности, в том числе построение маршрутов. Ключевую роль при транспортировке имеют международные телекоммуникационные сети как коммерческие (CompuServe, America Online, Relcom), так и некоммерческие (Internet), спутниковые системы связи и навигации для транспортных средств (GPS, Inmarsat-C и др.).

В последнее время, технологии транспортировки, особенно по интервокальным перевозкам, связанным с использованием в логистических цепях и каналах, если их сравнивать с заданиями, которые решаются, используя информационные технологии по обработки данных.

Глава 4. Общие принципы построения систем поиска оптимального маршрута для транспортных перевозок

Построение оптимального пути следования груза, как и выбор соответствующего ТС, определяется в первую очередь следующими факторами:

– географическое расположение начальной, конечной и промежуточных точек маршрута;

– специфика, характеристика и свойства перевозимого груза (количество, объем, габариты, степень опасности);

– срочность доставки;

– величина бюджета, отпущенного на транспортные расходы.

Определившись с основными приоритетами транспортных перевозок, как правило, получают несколько вариантов разных маршрутов. Отсеивание неперспективных происходит по схеме анализа возможных рисков и текущих условий. Корректировки вносятся исходя из климатических (сезонных, погодных), политических, экономических и других факторов. Грамотно составленная схема включает учет минимально-максимальных показателей времени и затрат, незначительных отклонений, степень рисков (актуально для страхования груза), вплоть до наступления форс-мажорных обстоятельств.

Базовый принцип, на котором строится весь алгоритм оптимального маршрута транспортных перевозок в транспортной сфере, носит название «точно в срок» (на английском – «just in time»). Согласно этому принципу поставки должны осуществляться в строго указанные сроки, не позднее и не ранее, для организации непрерывности производственного процесса и предотвращения переполнения складских помещений излишним сырьем или продукцией.

Второй принцип, который можно охарактеризовать как «непрерывную цепочку», заключается в максимальной эффективности использования транспортных средств (непрерывности транспортных потоков) – исключении всевозможных простоев и прогонов «порожняком». Идеальный пример – привоз сырья на производство и забор уже готовой продукции для доставки определенного потребителя. В результате чего, каждая отдельная транспортная единица вовлечена в непрерывный цикл, избегая запланированных простоев (время-деньги). По этой причине большинство перевозчиков не любят простаивать на местах нагрузок и загрузок – стоящая машина не приносит того дохода, который можно получить, используя ее для работы. Помните, что чем больше вероятность водителю, доставившему ваш груз, пойти обратно «порожняком», тем больше будет стоимость доставки («двойная цена» = доставка + «обработка»).

Элементы логистической цепи складываются в единую транспортную систему, являющуюся совокупностью самых разных направлений. Работая как единый слаженный механизм, широта логистической сети обратно пропорциональна затратам на транспортировку – продукция вывозится точно в срок, машины не простаивают, цикл производства не прекращается из-за нехватки материальных ресурсов, «холостые» пробеги отсутствуют – все это позволяет существенно снижать затраты.

Разработка маршрута – сложная многоступенчатая процедура, требующая достаточно высокой квалификации и являющаяся одним из основных элементов технологии транспортировки. При разработке оптимального маршрута следует руководствоваться «Правилами дорожного движения», «Уставом автомобильного транспорта», «Правилами перевозки пассажиров» и другими ведомственными нормативами. Объекты в зависимости от своей роли в экскурсии могут использоваться как основные и дополнительные. Основные объекты подвергаются более глубокому анализу, на них раскрываются темы экскурсии. Показ дополнительных объектов, как правило, производится при переездах (переходах) экскурсионной группы и он не занимает ведущего места.

Маршрут строится по принципу наиболее правильной последовательности осмотра объектов и намечается с учетом следующих требований:

– показ объектов следует проводить в определенной логической последовательности, не допуская ненужных повторных проездов по одному и тому же участку маршрута (улицы, площади, моста, шоссе), т. е. так называемых «петель»;

– наличие доступности объекта (площадки для его осмотра);

– переезд или переход между объектами не должен занимать 10—15 минут, чтобы не было слишком продолжительных пауз, в том числе санитарных и парковочных мест транспортных средств.

Рекомендуется к моменту проведения несколько вариантов движения транспортного средства. Необходимость смены маршрута в ряде случаев вызывается транспортными «пробками», ремонтными работами на городских магистралях. Все это должно быть учтено при создании разных вариантов маршрута. Разработка маршрута завершается согласованием и утверждением паспорта и схемы маршрута, расчета километража и времени использования автотранспорта.

Критерии оптимальности маршрута: минимальная длина маршрута, время или затраты на перевозку груза. Существует множество алгоритмов, которые могут применяться при определении оптимального маршрута. Больше всего значимыми можно считать те методы, которые основанные на использовании таких алгоритмов как Джонсона, Дейкстры, Флойда – УОР-Шелла, Левита и т. п. [1]. Многие из них имеют применение в практической плоскости и прекрасно за рекомендовались на мировой арене. Например, алгоритм Дейкстры эффективно ищет из вершин в неориентированном насыщенном графе, кратчайшие пути с неотъемлемыми элементами рёбер [2]. Поэтому на его использовании основано работающий в средних цифровых IP-сетях протокола OSPF, который определяет оптимальный маршрутки в этих сетях. Недостатками перечисленных алгоритмов является постепенное увеличение времени для оптимального маршрута с ростом количества вершин и ребер графа. К преимуществам данных алгоритмов являются гарантированное определение оптимального маршрута (если он существует), простота, невысокие требования к аппаратным ресурсам и, больше всего – минимальные затраты на реализацию. Надежность подтверждена длительным практическим использованием протоколов маршрутизации цифровых IP-сетей [3]. Существует ряд эвристических методов, которые образуют другой класс алгоритмов, первоначально разработанных для решения классической «задачи коммивояжера». Это алгоритмы самого быстрого спуска (градиентный метод и его модификации), оценочных (штрафных) санкций, мини-макса (Моргенштерна – фон Неймана), альфа-бета процедуры.