DOI: https://doi.org/10.15588/1607-3274-2019-3-15

SOFTWARE DETERMINATION OF THE OPTIMAL ROUTE BY GEOINFORMATION TECHNOLOGIES

I. S. Tvoroshenko, O. O. Kramarenko.

Abstract


Context. The urgency of this work is to develop software for a multifunctional geoinformation guide supporting the state fire and
rescue part by means of modern geoinformation technologies. The object of research is the infrastructure of the city of Kharkiv.
Objective. The aim of the study is to develop software for a multifunctional geoinformation guide for the automatic determination
of the optimal transport route using modern geoinformation technologies to improve the fire-fighting efficiency in the city of
Kharkiv.
Method. During the research, the general scientific methods were used: cartographic, system analysis and synthesis for definition
and generalization of theoretical and methodological foundations of state building norms, modeling, higher mathematics, combinatory, as well as special methods of mathematical and geoinformation analysis. ArcGIS software platform for creating, managing, integrating, analyzing and distributing spatial data is used in the work. Methods used: programming in VBA and Python, geodesy, topography, geoinformatics, definition of computational time.
Results. The results obtained in the course of this research, namely: methodological, algorithmic and software of the multifunctional geographic information directory, are of practical significance, are real and are used by the Kotelevsky district sector of the Main Department of the State Service of Ukraine for Emergencies in the Poltava region, and may also be applied by the Main Directorate of the State Service of Ukraine for Emergencies in the Kharkiv region for the automatic determination of the optimal route in the operational arrival of the fire brigade with the help of geoinformation technologies, tools of mathematical and geoinformation analysis.
Conclusions. The spatial model of the city of Kharkiv has been further developed due to the use of geoinformation and mathematical analysis methods during software development, which allowed taking into account a set of important criteria. The spatial model of geoinformation support of state fire and rescue units of Kharkiv city has been improved due to the consideration and application of the road distribution criteria according to the categories, which made it possible to develop an effective software platform for rapid response. Prospects for further research include the development of an application for Android and IOS platforms with the possibility of compact use of the geographic information directory, as well as the inclusion of an interactive ArcGIS Online map, which reflects the real state of traffic load and the possibility of using relevant data when designing the recommended route.

Keywords


Graph theory, spatial data analysis, optimal transport route, geographic information system, buffer zone, computational time, modern geoinformation technologies, algorithm, city infrastructure

Full Text:

PDF

References


Tvoroshenko I. S., Mgebrova V. R., Belyj V. V. Prakticheskie aspekty primenenija sovremennyh geoinformacionnyh sistem dlja sozdanija municipal’noj geoinformacionnoj sistemy goroda Har’kova, Sbornik HUVS, 2015, No. 7, pp. 65–70. Rezhim dostupa :

http://nbuv.gov.ua/UJRN/soi_2015_7_17

Pro zatverdzhennja Planu zahodiv shhodo realizacii’ Strategii’reformuvannja systemy Derzhavnoi’ sluzhby Ukrai’ny z

nadzvychajnyh sytuacij [Elektronnyj resurs]. Rezhym dostupu: https://zakon.rada.gov.ua/rada/shosh/v0132388-17

Pro zatverdzhennja Kompleksnoi’ programy rozvytku cyvil’nogo zahystu ta pidvyshhennja rivnja publichnoi’ bezpeky

u misti Harkovi na 2018–2022 roky [Elektronnyj resurs]. Rezhym dostupu : http://kharkiv.rocks/reestr/663881

Ukrai’ns’kyj naukovo-doslidnyj instytut cyvil’nogo zahystu (UkrNDICZ) [Elektronnyj resurs]. Rezhym dostupu :

http://undicz.dsns.gov.ua/ua/STATISTIKA-POZHEZH.html

Maiorov A. A. Modern Development of Geoinformatics, European Researcher, 2014, Vol. 82, No. 9 (1), pp. 1620–1627. DOI: 10.13187/er.2014.82.1620

Kuzhelev P. D. Geoinformation Technology for the Control of Transportation Objects, European Journal of Technology

and Design, 2013, Vol. 2, No. 2, pp. 97–102. DOI:10.13187/ejtd.2013.2.97

Markelov Vladimir Geoinformation Modeling in Logistics, European Journal of Technology and Design, 2013, Vol. 2, No. 2, pp. 129–133. DOI: 10.13187/ejtd.2013.2.129

Ibisch P. L., Hoffmann M. T., Kreft S. et al. A global map of roadless areas and their conservation status, Science, 2016,

Vol. 354, No. 6318, pp. 1423–1427. DOI:10.1126/science.aaf7166

Tsvetkov V. Ya. Systems analysis in geoinformatics, European Journal of Technology and Design, 2013, Vol. 2, No. 2, pp. 135–140. DOI: 10.13187/issn.2310–0133

Lobanov A. A. Digital Simulation in the Geosciences, European Researcher, 2014, Vol. 82, № 9 (1), pp. 1611–1619. DOI: 10.13187/er.2014.82.1611

Karmanova N. A., Jakushenko S. A., Manjashin D. A., Malyshev A. K. Mnogoparametricheskij poisk optimal’nyh marshrutov dvizhenija podvizhnyh ob#ektov v uslovijah destabilizirujushhih faktorov, Informacija i kosmos, 2016, No. 4, pp. 144–151. Rezhim dostupa : http://openbooks.ifmo.ru/ru/article/16339/mnogoparametricheskiy_poisk_optimalnyh_marshrutov_dvizheniya_podvizhny

h_obektov_v_usloviyah_destabiliziruyuschih_faktorov.html

Lévy B., Schwindt E. Notions of optimal transport theory and how to implement them on a computer, Computers &

Graphics, 2018, Vol. 72, pp. 135–148. DOI:10.1016/j.cag.2018.01.009

Cui J., Zhang Y., Cai Z. et al. Securing display path for security-sensitive applications on mobile devices, Computers

Materials and Continua, 2018, Vol. 55, No. 1, pp. 17–35. DOI: https://doi.org/10.3970/cmc.2018.055.017

Tvoroshenko I. S., Tabashnyk V. A. Rozrobka prostorovoi’modeli geoinfor-macijnoi’ pidtrymky ljudej z obmezhenymy

mozhlyvos-tjamy, shho peresuvajut’sja na invalidnyh koljaskah, u misti Harkovi, Zbirnyk naukovyh prac’ HNUPS,

, Vyp. 1 (55), pp. 122–128. DOI:10.30748/zhups.2018.55.17

GІS for Fіrе Statіon Locatіons and Rеsponsе Protocol Еsrі [Electronic resource]. Access mode : https://www.еsrі.

com/lіbrary/whіtеpapеrs/pdfs/gіs-for-fіrе.pdf

Hesse G., Lorenz M. Conceptual Survey on Data Stream Processing Systems, Parallel and Distributed Systems : 21st

International Conference IEEE (ICPADS), Melbourne, 14–17 Dec. 2015 : proceedings. Melbourne, IEEE, 2015, pp. 797–802. DOI: 10.1109/ICPADS.2015.106

Schmitzer B. A sparse multiscale algorithm for dense optimal transport, Journal of Mathematical Imaging and Vision,

, Vol. 56(2), pp. 238–259. DOI: 10.1007/s10851-016-0653-9

Morduhov M. A., Samsonov M. A Ispol’zovanie instrumentov transportnogo modelirovanija dlja prognozirovanija izmenenij

dorozhno-transportnoj situacii pri rekonstrukcii ulichno-dorozhnoj seti, Organizacija i bezopasnost’dorozhnogo dvizhenija, Х Mezhdunarodnaja nauchnoprakticheskaja konferencija, posvjashhennaja 85-letiju so dnja rozhdenija d.t.n., professora L. G. Reznika : v 2 tomah, Tjumen’, 16 marta 2017 g. : tezisy dokladov, Tjumen’, Tjumenskij industrial’nyj universitet, 2017,

pp. 425–429.

Ratajczyk B. The role and place of volunteer fire service in the national rescue and firefighting system, Bezpieczeństwo i

Technika Pożarnicza, 2016, Vol. 43, Issue 3, pp. 3–20. DOI:10.12845/bitp.43.3.2016.1

Wójcik Grzegorz, Surowicz Dawid, Kuźnicki Mateusz, Myślak Marek The state of knowledge of qualified first aid

among firefighters of the national and volunteer fire service, pp. 102–110. DOI: 10.12845/bitp.45.1.2017.8

Chen B., Shi Y. C., Zhang J. et al. Most reliable path-finding algorithm for maximizing on-time arrival probability, Transportmetrica B: Transport Dynamics, 2017, Vol. 5, No. 3, pp. 253–269. DOI: 10.1080/21680566. 2016.1169953

Andrew V. Goldberg Point-to-Point Shortest Path Algorithms with Preprocessing, Theory and Practice of Computer

Science : 33rd Conference on Current Trends in Theory and Practice of Computer Science, Harrachov, Czech

Republic, 20–26 January 2007 : proceedings. Harrachov, SOFSEM, 2007, pp. 88–102. DOI: 10.1007/978-3-540-69507-3_6

Sun Y., Yu X., Bie R. et al. Discovering time-dependent shortest path on traffic graph for drivers towards green driving,

Journal of Network and Computer Applications, 2017, Vol. 83, pp. 204–212. DOI: 10.1016/j.jnca.2015.10.018

Liang Shen, Hu Shao, Long Zhang et al. The Global Optimal Algorithm of Reliable Path Finding Problem Based on

Backtracking Method, Mathematical Problems in Engineering, 2017, Vol. 2017, pp. 1–10. DOI: 10.1155/2017/4586471

Imzaem Abdulkareem, Ammar A. Shubber, Asseel Sabah Multi-criteria decision making to select the best monorail

route, Global Journal of Engineering Science and Research Management, 2018, pp. 16–32. DOI:10.5281/zenodo.1255758

Tvoroshenko I. S., Kramarenko O. O. Osoblyvosti zastosuvannja geoinforma-cijnyj tehnologij pid chas rozrobky merezhi prostorovyh ob’jektiv operatyvnogo pozhezhogasinnja v misti Harkovi, Geoinformacijni tehnologii’ u terytorial’nomu upravlinni ta ekspertnyh doslidzhennjah: pravovi, organizacijni, tehnichni problemy : IV Mizhnarodna naukovo-praktychna konferencija, L’viv, 4–6 zhovtnja 2017 r. : tezy dopovidej. L’viv, L’vivs’ka politehnika, 2017, pp. 159–163.

Tvoroshenko I. S., Shevchenko A. R. Udoskonalennja prostorovoi’ merezhi navchal’nyh zakladiv mista Sjevjerodonec’ka na osnovi geoinformacijnogo analizu, Systemy obrobky informacii’, 2018, Vyp. 1 (152), pp. 46–52. DOI: 10.30748/soi.2018.152.07

Tvoroshenko I. S., Mgebrova V. R., Bilyj V. V. Praktychni aspekty stvorennja vyhidnoi’ informacii’ dlja provedennja

geoinformacijnogo analizu u sferi upravlinnja neruhomistju, Zbirnyk naukovyh prac’ HUPS, 2016, Vyp. 1 (46), pp. 107–111. Rezhym dostupu : http://nbuv.gov.ua/UJRN/ZKhUPS_2016_1_26

Tvoroshenko I. S. Analiz processov prinjatija reshenij v intellektual’nyh sistemah, Sistemy obrabotki informacii, 2010, Vyp. 2 (83), pp. 248–253. Rezhim dostupa : http://nbuv.gov.ua/UJRN/soi_2010_2_56

Kucherenko Je. I., Kucherenko V. Je., Glushenkova I. S., Tvoroshenko I. S. Metody, modeli ta informacijni tehnologii’ ocinjuvannja staniv skladnyh ob’jektiv : monografija. Harkiv, HNAMG ; HNURE, 2012, 278 p. Rezhym dostupu : http://eprints.kname.edu.ua/29457/


GOST Style Citations


1. Творошенко И. С. Практические аспекты применения современных геоинформационных систем для создания муниципальной геоинформационной системы города Харькова / И. С. Творошенко, В. Р. Мгеброва, В. В. Белый // Сборник ХУВС. – 2015. – № 7. – С. 65–70. Режим доступа : http://nbuv.gov.ua/UJRN/soi_2015_7_17
2. Про затвердження Плану заходів щодо реалізації Стратегії реформування системи Державної служби України з надзвичайних ситуацій [Електронний ресурс]. – Режим доступу : https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v0132388-17
3. Про затвердження Комплексної програми розвитку цивільного захисту та підвищення рівня публічної безпеки у місті Харкові на 2018–2022 роки [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://kharkiv.rocks/reestr/663881.
4. Український науково-дослідний інститут цивільного захисту (УкрНДІЦЗ) [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://undicz.dsns.gov.ua/ua/STATISTIKAPOZHEZH.html
5. Maiorov A. A. Modern Development of Geoinformatics / A. A. Maiorov // European Researcher. – 2014. – Vol. 82, № 9 (1). – P. 1620–1627. DOI: 10.13187/er.2014.82.1620
6. Kuzhelev P. D. Geoinformation Technology for the Control of Transportation Objects / P. D. Kuzhelev // European Journal of Technology and Design. – 2013. – Vol. 2, № 2. – P. 97–102. DOI: 10.13187/ejtd.2013.2.97
7. Markelov Vladimir Geoinformation Modeling in Logistics / Vladimir Markelov // European Journal of Technology and
Design. – 2013. – Vol. 2, № 2. – P. 129–133. DOI:10.13187/ejtd.2013.2.129
8. A global map of roadless areas and their conservation status / [P. L. Ibisch, M. T. Hoffmann, S. Kreft et al.] // Science. –
2016. – Vol. 354, № 6318. – P. 1423–1427. DOI:10.1126/science.aaf7166
9. Tsvetkov V. Ya. Systems analysis in geoinformatics / V. Ya. Tsvetkov // European Journal of Technology and Design. – 2013. – Vol. 2, № 2. – P. 135–140. DOI:10.13187/issn.2310-0133
10. Lobanov A. A. Digital Simulation in the Geosciences / A. A. Lobanov // European Researcher. – 2014. – Vol. 82, № 9 (1). – P. 1611–1619. DOI: 10.13187/er.2014.82.1611
11. Многопараметрический поиск оптимальных маршрутов движения подвижных объектов в условиях дестабилизирующих факторов / [Н. А. Карманова, С. А. Якушенко, Д. А. Маняшин, А. К. Малышев] // Информация и космос. – 2016. – № 4. – С. 144–151. Режим доступа :
http://openbooks.ifmo.ru/ru/article/16339/ mnogoparametricheskiy_poisk_optimalnyh_marshrutov_ dvizheniya_podvizhnyh_obektov_v_usloviyah_destabiliziruyuschih_faktorov.html
12. Lévy B. Notions of optimal transport theory and how to implement them on a computer / B. Lévy, E. Schwindt // Computers & Graphics. – 2018. – Vol. 72. – P. 135–148. DOI: 10.1016/j.cag.2018.01.009
13. Securing display path for security-sensitive applications on mobile devices / [J. Cui, Y. Zhang, Z. Cai et al.] // Computers Materials and Continua. – 2018. – Vol. 55, № 1. – P. 17–35. DOI: https://doi.org/10.3970/cmc.2018. 055.017
14. Творошенко І. С. Розробка просторової моделі геоінформаційної підтримки людей з обмеженими можливостями, що пересуваються на інвалідних
колясках, у місті Харкові / І. С. Творошенко, В. А. Табашник // Збірник наукових праць ХНУПС. – 2018. – Вип. 1 (55). – C. 122–128. DOI: 10.30748/zhups.2018.55.17
15. GІS for Fіrе Statіon Locatіons and Rеsponsе Protocol Еsrі [Electronic resource]. – Access mode : https://www.еsrі.com/lіbrary/whіtеpapеrs/pdfs/gіs-for-fіrе.pdf
16. Hesse G. Conceptual Survey on Data Stream Processing Systems / G. Hesse, M. Lorenz // Parallel and Distributed Systems : 21st International Conference IEEE (ICPADS), Melbourne, 14–17 Dec. 2015 : proceedings. – Melbourne : IEEE, 2015. – P. 797–802. DOI: 10.1109/ICPADS.2015.106
17. Schmitzer B. A sparse multiscale algorithm for dense optimal transport / B. Schmitzer // Journal of Mathematical Im-aging and Vision. – 2016. – Vol. 56(2). – P. 238–259. DOI:10.1007/s10851-016-0653-9
18. Мордухов М. А. Использование инструментов транс-портного моделирования для прогнозирования изменений дорожно-транспортной ситуации при реконструкции улично-дорожной сети / М. А. Мордухов, М. А. Самсонов // Организация и безопасность дорожного движения : X Международная научно-практическая конференция, посвященная 85-летию со дня рождения д.т.н., профессора Л. Г. Резника : в 2 томах, Тюмень, 16 марта 2017 г. : тезисы докладов. – Тюмень : Тюменский индустриальный университет, 2017. – С. 425–429.
19. Ratajczyk B. The role and place of volunteer fire service in the national rescue and firefighting system / B. Ratajczyk // Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza. – 2016. – Vol. 43, Issue 3. – P. 3–20. DOI: 10.12845/bitp.43.3.2016.1
20. The state of knowledge of qualified first aid among firefighters of the national and volunteer fire service / [Wójcik Grzegorz, Surowicz Dawid, Kuźnicki Mateusz, Myślak Marek] // Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza. – 2017. – Vol. 45, Issue 1. – P. 102–110. DOI:10.12845/bitp.45.1.2017.8
21. Most reliable path-finding algorithm for maximizing ontime arrival probability / B. Y. Chen, C. Shi, J. Zhang et al. // Transportmetrica B: Transport Dynamics. – 2017. – Vol. 5, № 3. – P. 253–269. DOI: 10.1080/21680566.2016.1169953
22. Andrew V. Goldberg Point-to-Point Shortest Path Algorithms with Preprocessing / Andrew V. Goldberg // Theory and Practice of Computer Science : 33rd Conference on Current Trends in Theory and Practice of Computer Science, Harrachov, Czech Republic, 20–26 January 2007 : proceedings.
– Harrachov : SOFSEM, 2007. – Р. 88–102. DOI:10.1007/978-3-540-69507-3_6
23. Sun Y. Discovering time-dependent shortest path on traffic graph for drivers towards green driving / Y. Sun, X. Yu, R. Bie et al. // Journal of Network and Computer Applications. – 2017. – Vol. 83. – P. 204–212. DOI: 10.1016/j.jnca.2015.10.018
24. The Global Optimal Algorithm of Reliable Path Finding Problem Based on Backtracking Method / [Liang Shen, Hu Shao, Long Zhang et al.] // Mathematical Problems in Engineering. – 2017. – Vol. 2017. – P. 1–10. DOI:10.1155/2017/4586471
25. Imzaem Abdulkareem Multi-criteria decision making to select the best monorail route / Imzaem Abdulkareem, Ammar A. Shubber, Asseel Sabah // Global Journal of Engineering Science and Research Management. – 2018. – P. 16–32. DOI: 10.5281/zenodo.1255758
26. Творошенко І. С. Особливості застосування геоінформаційний технологій під час розробки мережі просторових об’єктів оперативного пожежогасіння в місті Харкові / І. С. Творошенко, О. О. Крамаренко // Геоінформаційні технології у територіальному управлінні та експертних дослідженнях: правові, організаційні, технічні проблеми : IV Міжнародна науково-практична конференція, Львів, 4–6 жовтня 2017 р.: тези доповідей. – Львів : Львівська політехніка, 2017. – С. 159–163.
27. Творошенко І. С. Удосконалення просторової мережі навчальних закладів міста Сєвєродонецька на основі геоінформаційного аналізу / І. С. Творошенко, А. Р. Шевченко // Системи обробки інформації. – 2018. – Вип. 1 (152). – C. 46–52. DOI: 10.30748/soi.2018.152.07
28. Творошенко І. С. Практичні аспекти створення вихідної інформації для проведення геоінформаційного аналізу у сфері управління нерухомістю / І. С. Творошенко, В. Р. Мгеброва, В. В. Білий // Збірник наукових праць ХУПС. – 2016. – Вип. 1 (46). – С. 107–111. Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ZKhUPS_2016_1_26
29. Творошенко И. С. Анализ процессов принятия решений в интеллектуальных системах / И. С. Творошенко // Системы обработки информации. – 2010. – Вып. 2 (83). – С. 248–253. Режим доступа : http://nbuv.gov.ua/UJRN/soi_2010_2_56
30. Методи, моделі та інформаційні технології оцінювання станів складних об’єктів : монографія / [Є. І. Кучеренко, В. Є. Кучеренко, І. С. Глушенкова, І. С. Творошенко]. – Харків : ХНАМГ ; ХНУРЕ, 2012. – 278 с. Режим доступу : http://eprints.kname.edu.ua/29457/






Copyright (c) 2019 I. S. Tvoroshenko, O. O. Kramarenko.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Address of the journal editorial office:
Editorial office of the journal «Radio Electronics, Computer Science, Control»,
National University "Zaporizhzhia Polytechnic", 
Zhukovskogo street, 64, Zaporizhzhia, 69063, Ukraine. 
Telephone: +38-061-769-82-96 – the Editing and Publishing Department.
E-mail: rvv@zntu.edu.ua

The reference to the journal is obligatory in the cases of complete or partial use of its materials.