Материальный поток. 
Информационные технологии на транспорте

Если ТС представляет собой не цепочку (см. рис. 1.7), а сеть поставок, то структура информационных потоков сети будет представлять собой комбинацию информационных потоков цепочек поставок в данной сети.

Состав информационных потоков должен функционально покрывать следующие информационные потребности ТС:

• • сбор информации в режиме реального времени о местоположении, содержании и состоянии идентифицированных автомобилей, партий и отдельных грузов, контейнеров, поддонов и т. п.;
• • объединение собранной информации с плановыми заданиями и графиками, своевременное и быстрое обновление этих объединенных данных и их рассылка субъектам цепочки или сети поставок ТС;
• • эффективная организация использования информации в логистических процессах в целях снижения транспортных издержек и расширения номенклатуры логистических услуг.

При рассмотрении информационных потоков следует учитывать, что всякую информацию потребитель получает после принятия сообщения, т. е. в результате опыта. Получаемое сообщение несет полезную информацию только в том случае, если имеется неопределенность относительно состояния источника сообщений. Если опыт имеет только один исход и не содержит никакой неопределенности, то исход этого опыта будет заранее известен. В результате его осуществления не будет получено никакой информации. И наоборот, если в результате опыта можно получить несколько исходов, то после его осуществления будет получена определенная информация. Количество информации, содержащееся в сообщении x_t, принято определять логарифмической мерой:

где p (Xj) — вероятность передачи сообщения _г₍.

При этом количество информации, содержащееся в сложном сообщении, представляющем совокупность событий х, и х, будет равно.

Логарифмическая мера обладает свойством аддитивности. Кроме этого, эта мера в случае событий с одним исходом дает нулевое количество информации. Выражение для количества информации будет также характеризовать априорную неопределенность этого сообщения. В связи с этим оно может быть использовано для количественной оценки неопределенности сообщения, которое называется энтропией (Я). Количество информации и неопределенность для всей совокупности случайных сообщений (среднее на одно событие) можно рассчитать по следующим формулам:

где p (Xj) — это вероятность, соответствующая выбору некоторого /-го сообщения из множества всех допустимых сообщений; а — основание логарифма, от которого зависит единица измерения информации и энтропии (если это биты — двоичная система, то а = 2).

Важно Несмотря на совпадение приведенных зависимостей, понятия «энтропия» и «количество информации» принципиально различны. Энтропия, выражая среднюю неопределенность состояния источника сообщений, является его объективной характеристикой. Если известна статистика сообщений, энтропия может быть вычислена априорно, т. е. до получения сообщения. Энтропия есть мера недостатка информации о состоянии отдельного объекта или системы. С поступлением информации о состоянии системы энтропия последней снижается. Мера количества информации является апостериорной характеристикой и определяет количество информации, получаемое с поступлением сообщений. Совпадение выражения энтропии и количества информации свидетельствует о том, что количество получаемой информации численно равно энтропии, которая имела место относительно источника сообщений.

Единицы измерения количества информации и энтропии зависят от выбора основания логарифма. Обычно используются двоичные логарифмы, единицей измерения является бит.

В случае равной вероятности сообщений количество информации можно определить по формуле.

где п = —^—количество передаваемых сообщений.

P (*i)

В ТС подавляющее количество сообщений имеет дискретный характер. Поэтому рассмотрим свойства энтропии дискретных сообщений.

• 1. Энтропия — это вещественная, ограниченная и неотрицательная величина, так какр (х,) может изменяться от 0 до 1.
• 2. Энтропия детерминированных сообщений равна нулю.
• 3. Энтропия максимальна, если сообщения равновероятны. В этом случае энтропия возрастает с увеличением количества событий.
• 4. Энтропия системы двух альтернативных событий может изменяться в пределах от 0 до 1.

Пример

Рассмотрим очень простой пример. Необходимо с терминала передать в автотранспортную организацию (АТС)) в виде кода одно из следующих сообщений:

• 1. Автомобиль по графику не прибыл.
• 2. Автомобиль выехал с терминала.
• 3. Автомобиль прибыл под погрузку.
• 4. Автомобиль прибыл под разгрузку.

Допустим, что вероятность передачи любого из сообщений равновероятна и, следовательно, равна Тогда, вспомнив, что log(X/Z) = log (X) — log (7) и logl = 0, можем за;

писать:

Энтропия измеряется в битах. Таким образом, для передачи сообщений между терминалом и АТН в канале связи мы должны обеспечить возможность передачи информации емкостью 2 бита. В этом примере к такому ответу мы можем прийти и на основе простейших рассуждений. Два разряда в коде вполне обеспечат получение уникального значения для передачи одного из сообщений: 00,01,10,11. При этом очевидно, что восемь различных сообщений потребуют три бита и т. д.

Определение значения энтропии имеет большое значение в автоматических системах передачи цифровых данных, так как в этом случае для передачи информационных потоков должно использоваться оборудование соответствующей разрядности.

В основе функционирования любой системы управления лежит заранее определенная цепочка управления. Отклонение выходного состояния системы, характеризуемое некоторым выходным вектором относительно вектора цели, приводит к снижению эффективности функционирования объекта управления. Степень этого отклонения определяет рассогласование в процессе функционирования системы. Уменьшение рассогласования достигается путем выработки управляющей информации, которая возникает в результате обработки информационных потоков. Наличие различных этапов преобразования информации приводит к ее искажению. Искажения возникают в результате того, что между выходным вектором системы и вектором цели на разных этапах преобразования информации образуется рассогласование.

Понятие энтропии позволяет охарактеризовать функционирование системы с позиции целевой неупорядоченности. Так, целевую энтропию, т. е. неупорядоченность в управляющей информации, можно определить в следующем виде. Если в системе имеется г этапов преобразования данных и возникает рассогласование выходного вектора системы относительно вектора цели на этапе i в виде q_v то.

где Pj — вероятность появления рассогласования величиной q_r

В зависимости от используемого метода измерения рассогласования энтропия может быть непрерывной или дискретной (квантованной), ее можно оценить либо по сравнению с постоянным рассогласованием, либо по отношению к некоторой области. Таким образом, функция целевой энтропии позволяет определить меру неупорядоченности функционирования системы в отношении достижения поставленной цели. Для определения ценности управляющей информации нужно рассмотреть разность целевых энтропий до и после замыкания канала управления на объект управления. Тогда количество информации /_у = #_уп — Я_ул.

Таким образом, количество управляющей информации в системе является определяющим фактором, от которого зависит эффективность функционирования системы управления. Снижение количества управляющей информации приводит к снижению эффективности. Поэтому целью проектирования системы управления должно быть определение такой структуры информационных потоков и обрабатывающих их алгоритмов, при которой потери информации на каждом этапе ее преобразования будут минимальны. Основное внимание процессам преобразования информации следует уделять на стадии сбора и передачи данных, где в наименьшей степени используются современные технические средства, позволяющие преобразовывать информацию с требуемыми вероятностно-временными характеристиками и уровнем достоверности. В соответствии с этим информационный подход к проектированию технического и информационного обеспечения управления ТС представляется исключительно важным.

Практическое применение Рассмотрим пример построения алгоритмов информационных потоков на примере организации доставки экспресс-почты одной из компаний в Великобритании.

При срочной доставке грузов основное внимание уделяется сокращению времени на обработку грузов. При этом перевозка срочных грузов сопровождается большим количеством документов, так как потеря таких грузов или опоздание с их доставкой может привести к штрафам и снижению конкурентоспособности перевозчика на данном рынке услуг. На обработку документов требуется значительное время, поэтому доставка их вместе с грузом приведет к существенным задержкам. Наилучшим решением, позволяющим учесть оба требования, являются автоматизация обработки и опережающая передача данных о прибывающем грузе.

В Великобритании доставка экспресс-почты организована с помощью центрального терминала, на котором происходит сортировка корреспонденции. Прием и развозка корреспонденции осуществляются с помощью местных терминалов, зона обслуживания которых зависит от количества корреспондентов.

Местные терминалы осуществляют прием грузов у отправителей, выполняя сборочные маршруты. Если одновременно проводится доставка грузов, то организуется сборочпо-развозочный маршрут. Водитель заносит все необходимые данные в специальный мини-компьютер, который печатает наклейки и сопроводительные документы. Для дальнейшей автоматической идентификации груза на наклейке печатается штрихкод. При возвращении на терминал данные с мини-компыотера по кабелю переносятся в автоматизированную систему обработки данных местного терминала. Собранные отправления формируются в пакеты и укладываются в большегрузный фургон, который должен прибыть на центральный терминал до часа ночи. Информация о находящихся в нем грузах передается в автоматизированную систему обработки данных центрального терминала с помощью модема.

На центральном терминале после получения данных со всех местных терминалов о прибывающих грузах планируют их доставку на местные терминалы, ближайшие к получателю почтовых отправлений. Определяются состав пакетов и необходимость выделения дополнительного подвижного состава в том случае, если объем отправляемого груза не может быть доставлен на местный терминал тем транспортом, который доставил груз с этого местного терминала. При этом информация о сформированной партии груза передается на компьютер местного терминала для планирования развозки почтовых отправлений получателям. После доставки груза на центральный терминал пакеты расформировываются, почтовые отправления сортируются на автоматических линиях с помощью штрих-кодов и формируются пакеты для отправки. Схема материальных и информационных потоков в системе доставки экспресс-почты приведена на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Материальные и информационные потоки в системе доставки экспресс-почты в Великобритании