Інформаційно-аналітична система моніторингу та аналізу ефективності управління автомобільними дорогами як складовою частиною критичної інфраструктури

Abstract

Дисертація присвячена дослідженню математичних моделей та інформаційних технологій для моніторингу, аналізу та управління мережею автомобільних доріг як складової критичної інфраструктури держави. Актуальність роботи зумовлена необхідністю ефективного планування заходів з підтримки дорожньої мережі, усунення аварійно-небезпечних ділянок та оптимального розподілу ресурсів на ремонтні та відновлювальні роботи в умовах обмеженого фінансування та підвищених ризиків. Запропоновано комплекс математичних моделей, що включає моделі прогнозування стану доріг, планування ремонтних заходів, оптимізації маршрутів для перевезень і евакуації, а також оцінки ефективності прийняття рішень у системі дорожнього господарства. Розроблено інформаційно-аналітичну систему для підтримки прийняття управлінських рішень у сфері дорожнього господарства, що дозволяє автоматизувати процеси аналізу стану доріг та розподілу фінансових ресурсів. Наукова новизна дослідження полягає в розробці нових підходів до оптимізації дорожніх робіт, інтегрування геоінформаційних технологій у процес управління дорожньою мережею, а також у створенні математичних моделей, що забезпечують підвищення ефективності прийняття рішень. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості використання запропонованих підходів у державних і регіональних органах управління дорожнім господарством для покращення стану інфраструктури, підвищення безпеки дорожнього руху та зниження економічних витрат на експлуатацію автомобільних доріг.

This dissertation is devoted to the study of mathematical models and information technology for monitoring, analysing, and managing the road network as a component of the state's critical infrastructure. The relevance of the research is determined by the need for effective planning of repair and maintenance activities, elimination of hazardous road sections, and optimal allocation of limited resources under conditions of increased risks. Considering the scale and heterogeneity of data in road infrastructure management systems and the dynamic nature of information flows, priority tasks include monitoring the condition of public roads, renewing pavement, and implementing information technologies to improve management efficiency and resource distribution. A critical issue is the absence of a consolidated information-analytical system to support decision-making processes in the context of structural changes. A comprehensive set of mathematical models is proposed, including models for road condition forecasting, planning of repair activities, optimization of transportation and evacuation routes, and assessment of road management decision-making efficiency. A method for building an information-analytical system for road infrastructure monitoring has been developed, which provides a modular and adaptive structure for data processing and visualization. An improved information technology for monitoring and analysing management efficiency is proposed, supporting automation of road condition assessment and financial resource allocation processes. The scientific novelty of the research lies in the development of mathematical models and an integrated method for supporting decision-making in road infrastructure management. The proposed models enhance planning efficiency, enable resource redistribution based on work completion and priority, reduce accident risks through cause-based utility functions, and improve damage detection via optimized configurations of non-destructive monitoring tools. An information-analytical system architecture with adaptive hierarchical data structures has been developed to support strategic and operational decisions using integrated visualization and classification methods. The practical significance of the obtained results is reflected in the potential application of the proposed methods and algorithms by state and regional road management authorities to improve infrastructure conditions, enhance road safety, and reduce economic costs associated with road network operation.