Интеллектуальная транспортная система (ИТС) - совокупный технический и технологический комплекс систем, объединяющий подсистемы безопасности отдельных транспортных средств и организации безопасного дорожного движения в целом, а также предоставления информационного сервиса для участников дорожного движения и потенциальных субъектов транспортного процесса .
Отличительной особенностью современных ИТС является изменение статуса транспортной единицы от независимого, самостоятельного и в значительной степени непредсказуемого субъекта дорожного движения в сторону «активного», предсказуемого субъекта транспортно-информационного пространства. В этой связи одной из ключевых задач является развитие телематического комплекса дорожной инфраструктуры .
Оперативной задачей ИТС является осуществление и поддержка возможности автоматизированного и автоматического взаимодействия всех транспортных субъектов в реальном масштабе времени на адаптивных принципах .
Ключевым в построении ИТС является комплекс дорожно- транспортной, транспортно-технологической, транспортно-сервисной и информационной инфраструктуры. Фактически этот комплекс представляется как совокупность подсистем, в которой предусмотрена функция диспетчерского, оперативного и ситуационного координирования взаимодействия вовлеченных служб, ведомств и иных субъектов. Для организации такого взаимодействия необходимо создавать региональные диспетчерские центры. На федеральном (межведомственном) уровне необходимо сформировать единый орган контроля и надзора, реализующий функции сбора обобщенной информации, разработки планов реконструкции и доразвития дорожной системы, мониторинга индикаторов эффективности работы.
Построение ИТС невозможно без разработки и реализации проектных решений по формированию среды (комплекса) связи, учитывающей все виды связевого взаимодействия, от проводных (высокоскоростные оптоволоконные сети) до беспроводных (стандарты связи, доступные от операторов сотовой связи и радио до Интернета и транкинговых типов связей) .
Функциональная архитектура определяет модульную структуру ИТС, в которой прописываются целевые направления развертывания
ИТС (безопасность, организация дорожного движения, мониторинг на дороге и в транспортном средстве), а также целевые группы задач, вокруг которых формируются комплексы подсистем ИТС (подсистемы ИТС в транспортных средствах, в дорожной инфраструктуре, интегрированные подсистемы). К уровню модулей отнесено определение объектов ИТС (по назначению транспорта: коммерческие или индивидуальные и по функциональному охвату - подсистемы ИТС в дорожном хозяйстве).
Рис. 1.3.
Структура объектов ИТС в значительной степени определяет комплекс групп подсистем, являющихся в соответствии с мировым опытом частью комплексных проектов ИТС. К группам подсистем относятся подсистемы диспетчерского управления всеми категориями транспорта, выполняющего коммерческие и целевые перевозки, подсистемы управления транспортными потоками, подсистемы информационного сервиса, а также группы подсистем дорожного хозяйства, в том числе по контролю транспортной ситуации и за состоянием дороги. Данные группы подсистем наиболее часто являются предметом целевого заказа на проектирование и могут существовать как интегрированно в составе ИТС, так и самостоятельно. Эти группы характеризуются региональным (муниципальным) уровнем контроля.
Посредством стандартизации телематических элементов и стандартов передачи информации формируются требования к параметрам оборота информации как внутри ИТС по технологическим задачам подсистем, так и с внешними информационными системами, в том числе с информационными системами других видов транспорта, оперативных служб органов исполнительной власти, имеющих компетенции и функции пользователей в сфере ИТС, а также в информационные системы уровня контролирующей надстройки (региональной, министерской, федеральной) в соответствии с формализованными требованиями к данной функции информационного обмена .
Другая форма классификации функций ИТС описывается иерархической структурой и процессами подсистем ИТС.
Подсистемы ИТС включают в себя несколько процессов. Каждый процесс характеризуется как конкретными функциями, так и параметрами, которые предъявляют требования к входной и выходной информации, а также к способу обработки информации. К требованиям к входной информации отдельных процессов относятся, кроме прочего, и частоты входной информации, определение интерфейсов входной информации, требования к передаче входной информации отдатчиков и т. д. К требованиям обработки информации в рамках процесса относятся, в частности, защищенность и надежность данных в процессах обработки, свойства используемых алгоритмов и т. д.
Для надежного функционирования телематических приложений следует обеспечить синхронизацию между отдельными процессами. Эта синхронизация может быть кодовая, чтобы обмен информацией происходил по согласованным протоколам, временная - для приведения массива информации к единой шкале времени, и пространственная, которая требует, чтобы информация была отнесена к единой общей точке пространства (например, к местоположению транспортных средств или товара при мультимодальных перевозках).
Физическая архитектура определяет требования, предъявляемые к программному обеспечению и аппаратным средствам информационных и телекоммуникационных технологий, включая их пространственную локализацию. В соответствии с установленной функциональной и информационной архитектурой следует определить конкретные физические решения телематических элементов и программное обеспечение ИТС (рис. 1.4). Критериями для принятия решений являются функциональность, безопасность, надежность и, не в последнюю очередь, общие расходы, связанные с приобретением и эксплуатацией системы.
Рис. 1.4.
Физическая архитектура первого уровня обусловлена выбором датчиков и исполнительных элементов (рис. 1.5). Между первым и вторым уровнями осуществляется передача самых важных данных, которая в большинстве случаев тесно связана с безопасностью дорожного движения и управлением транспортными потоками. Передача между первым и вторым уровнями обычно обеспечивается с помощью собственной специальной телекоммуникационной среды, которая должна гарантировать удовлетворение требованиям к защищенности, доступности и надежности передачи информации.
Второй уровень обрабатывает данные и осуществляет зональное управление. Он образуется в основном вычислительной техникой, состав которой определяется в соответствии с требованиями к обрабатываемой информации.
Телекоммуникация между вторым и третьим уровнями реализуется в соответствии с требованиями конкретных процессов. Эти требования весьма разнообразны. Обычно предполагается, что приблизительно половина информации передается без требований к надежности, доступности и защищенности, в то время, как передача второй половины должна гарантировать удовлетворение этим требованиям.
Рис. 1.5.
Третий уровень определен информационными технологиями управления и логистики крупнейших транспортных областей. Выбор программного обеспечения и аппаратных средств осуществляется исходя из требований отдельных процессов.
Телекоммуникационная среда между третьим, четвертым и пятым уровнями в подавляющем большинстве случаев образуется обычной средой одного из существующих операторов постоянных сетей. Передача в транзитном слое телекоммуникационных сетей отличается высокой степенью доступности и высоким качеством среды.
Пилотные проекты, направленные на поддержку систем безопасности для водителей, реализованные в разных странах, показывают, что можно существенно снизить количество происшествий и при этом повысить эффективность процесса проверки. Одним из перспективных проектов является «Интеллектуальная автомагистраль». В этом проекте нагрузку, связанную со сбором информации и передачей ее водителю, берет на себя инфраструктура, созданная вдоль дорог. В таком случае не надо оборудовать каждый автомобиль комплексной техникой, но, несмотря на это, сохраняется возможность как минимум однонаправленной связи с автомобилем, например, с помощью RDS-TMC или с помощью информирующих дисплеев.
Рис. 1.6.
о - ситуационное управление в ИТС // Партнерство ООН по дорожной безопасности [сайт]. URL: http: //www. who. int/roadsafety/ decade of action/plan/ru/# (дата обращения: 02.12.2014).
2. Доклад о состоянии безопасности дорожного движения в мире 2013 г. [Электронный ресурс] // Всемирная организация здравоохранения [сайт]. URL: http://www.who.int/violence injury prevention/ road safety status/ 2013/ru/ (дата обращения: 02.12.2014).
3. What are Intelligent Transport Systems? [Электронный ресурс] // Technical Committee on Network Operations [сайт]. URL: http://road-network-operations.piarc.org/index.php?option=com content&task=view& id = 39 & Itemid=71&lang=en (дата обращения: 03.12.2014).
4. История возникновения ИТС [Электронный ресурс] // Smart traffic technologies [сайт]. URL: http://www.smarttrafic.ru/history.html (дата обращения: 03.12.2014).
5. eCall: Time saved = lives saved [Электронный ресурс] // European commision [сайт]. URL: http://ec.europa.eu/digital-agenda/en/ecall-time-saved-lives-saved (дата обращения: 03.12.2014).
6. Транспортная стратегия российской федерации на период до 2030 года. Проект, Москва, 2013 г. [Электронный ресурс] // Министерство транспорта Российской Федерации. Федеральное дорожное агентство [сайт]. URL: http://rosavtodor.ru/documents/transport-strategy-2030 (дата обращения: 04.12.2014).
Студентова Екатерина Александровна, асп., katerinka stud@,mail.ru, Россия, Курган, Курганский государственный университет
INTELLIGENT TRANSPORT SYSTEMS ROLE IN INCREASING ROAD SAFETY
Indicators of road safety in some countries of the world are suggested. Comparison of indicators of the number of deaths per 100 000 population and per 100 000 registered vehicles is conducted and conclusion about the dependence of such indicators on the degree of readiness and the level of implementation of Intelligent transport system (ITS) and/or their distinct elements is made. Scheme of ITS composite elements is developed.
Key words: Intelligent transport system, ITS, road safety, indicators of road safety.
Studentova Ekaterina Aleksandrovna, postgraduate, katerinka stud@,mail.ru, Russia, Kurgan, Kurgan State University
АНАЛИЗ ПРИЧИН ОТКАЗОВ АВТОБУСОВ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ ПАССАЖИРСКИМИ ПЕРЕВОЗКАМИ ПО РЕГУЛЯРНЫМ МАРШРУТАМ В ГОРОДЕ ОРЕНБУРГЕ
Р.Х. Хасанов, К.В. Грибков
Рассмотрены основные причины и количество отказов деталей, узлов, агрегатов и систем автобусов ПАЗ-3205.
Ключевые слова: количество отказов, причины отказов, регулярные маршруты, безопасность пассажирских перевозок, легкоустранимые отказы.
Одной из приоритетных задач в области перевозки пассажиров автомобильным транспортом является обеспечение условий для осуществления качественного и безопасного процесса. В настоящее время непрерывный рост количества эксплуатируемых автотранспортных средств, низкий уровень оснащенности улично-дорожной сети и, как следствие, неудовлетворительная организация автотранспортного процесса не позволяют в полной мере обеспечить требуемые условия эксплуатации транспортных средств. Кроме того, свойства конструктивной и эксплуатационной надежности и безопасности отечественного пассажирского автотранспорта не определяются, как свойства с положительными показателями. Поэтому в рамках задачи обеспечения безопасного и качественного уровня перевозочного процесса необходимо провести выявление и анализ элементов, регламентирующих работоспособность автобусов в процессе их эксплуатации.
Несмотря на положительную динамику снижения среднего срока эксплуатации автобусного парка, работающего на регулярных маршрутах, общая ситуация не отвечает всем требованиям перевозочного процесса.
¦¦ Q-Free ASA ¦ Краткое изложение проблемы безопасности дорожного движения Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Перспективы на будущее РАССМАТРИВАЕМЫЕ ТЕМЫ 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 2
¦¦ Q-Free ASA ¦ Дорожный транспорт ежегодно убивает и калечит миллионы людей. Только в Западной Европе более человек ежегодно погибает в дорожно-транспортных происшествиях. Количество людей, получающих серьезные травмы, в десять раз больше. А горе, боль, и проблемы, обрушивающиеся на людей, измерить просто невозможно. Если бы авиационный транспорт имел такой же уровень аварийности, как дорожный, все воздушные перевозки были бы немедленно запрещены, а транспорт посажен на землю. Нам необходимо повышение безопасности дорожного движения, чтобы количество погибших и искалеченных на дорогах людей сравнялось с нулем. Итак, как плата за пользование дорогами может способствовать повышению безопасности дорожного движения? ДОРОЖНОЕ ДВИЖЕНИЕ УБИЙЦА 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 3
¦¦ Q-Free ASA ¦ На дорожные происшествия и их последствия влияют три разных фактора: Человеческий фактор –Изменение поведения, снижение скорости передвижения, отказ от приема наркотиков при управлении транспортным средством все это способствует повышению безопасности дорожного движения. Транспортное средство –Если человек допускает ошибку и попадает в дорожно-транспортное происшествие, способность транспортного средства защитить участников происшествия во многом определяет исход несчастного случая. Инфраструктура –В перспективе инфраструктура может активно работать на предотвращение несчастных случаев, а при возникновении несчастного случая обеспечивать пассивную защиту. Общим для всех этих факторов является то, что улучшение любого из них требует вложения денежных средств. Плата за пользование дорогами может дать эти средства.. ЧТО МОЖЕТ ПОВЫСИТЬ БЕЗОПАСНОСТЬ 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 4
¦¦ Q-Free ASA ¦ УЛУЧШЕНИЕ ИНФРАСТРУКТУРЫ Плата за пользование дорогами десятилетиями использовалась для повышения безопасности дорожной инфраструктуры. Некоторые примеры: Лобовые столкновения –Преобразование обычных дорог в автострады с физическим разделением между полосами встречного движения. Аварии, связанные с выносом автомобиля за пределы дороги –Меры, предназначенные для удержания автомобилей на дороге (ограждения), и меры, направленные на удаление опасных объектов с проезжей части, могут сохранить много жизней. Разделение «мягкого» и «жесткого» дорожного движения –Это можно обеспечить путем строительства специальных полос для мягкого движения, что опять же позволит сохранить множество жизней. 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница год число дорожно-транспортных происшествий внутри/за пределами городских районов Евросоюза 2005 год число дорожно-транспортных происшествий со смертельным исходом внутри/за пределами городских районов Евросоюза 2005 год распределение погибших участников дорожно-транспортных происшествий в Евросоюзе по типу участия 2005 год распределение погибших участников дорожно-транспортных происшествий в Евросоюзе по половому признаку за пределами внутри женщин ы мужчины внутри за пределами
¦¦ Q-Free ASA ¦ Информация о дорожном движении –Измерение состояния дорожного покрытия и метеорологических условий. –Измерение транспортного потока и скорости дорожного движения. –Обнаружение дорожно-транспортных происшествий и других несчастных случаев. –Передача информации через: –TMC канал дорожных сообщений –RDS служба передачи радиоданных –Дорожные знаки переменной информации УЛУЧШЕНИЕ ИНФРАСТРУКТУРЫ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 6
¦¦ Q-Free ASA ¦ ПЛАТА ЗА ПОЛЬЗОВАНИЕ ДОРОГАМИ Системы оплаты за пользование дорогами служат своей цели двумя способами: –Во-первых, система оплаты дает денежные средства, которые можно использовать для внедрения различных усовершенствований для повышения безопасности инфраструктуры дорожного движения. –Во-вторых, система оплаты сама по себе является источником важных данных для административных органов, поскольку пункты оплаты могут в любое время предоставить информацию о потребностях в дорожных работах. 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 7
¦¦ Q-Free ASA ¦ ДВА ПРИМЕРА Португалия –Плата за пользование дорогами служила основным источником финансирования строительства новых автомагистралей в стране. Стокгольм, Швеция –Плата за дорожные «пробки» использовалась для уменьшения пиковой нагрузки, собирая средства для увеличения пропускной способности и повышения безопасности дорог. 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 8 Карта автомагистралей Португалии Плата за дорожные пробки в Стокгольме
¦¦ Q-Free ASA ¦ РЕЗУЛЬТАТЫ В ПОРТУГАЛИИ Создано частно-государственное партнерство для расширения сети автомагистралей Сеть расширена с 750 км (в 1995 году) до 1750 км (2010 год) Источник финансирования плата за пользование дорогами Выгода: Сокращение времени в пути Повышение мобильности –Снижение смертности на дорогах с 300 до 100 человек на 1 миллион жителей в течение десяти лет после 2007 года. 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница Португалия
¦¦ Q-Free ASA ¦ РЕЗУЛЬТАТЫ В СТОКГОЛЬМЕ Дорожное движение сократилось в среднем на 20% Время в пути сократилось на 10– 30% Уровень загрязнения (оценочный) снизился на 10% Сдвиг в сторону использования общественного транспорта Эксплуатационные расходы: 20% от валового дохода В ходе испытания новой системы население Стокгольма изменило отношение к плате за дорожные пробки с негативного на позитивное Решением Парламента плата за дорожные пробки была отнесена в разряд постоянно действующих с 1 августа 2007 года 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 10 Районы Стокгольма в пределах городской черты
¦¦ Q-Free ASA ¦ Взаимодействие между транспортными средствами и инфраструктурой Взаимодействие между транспортными средствами Типичные сферы: –Активное предотвращение столкновений –Моментальное предупреждение пользователя –Опасные уличные перекрестки –Опасные пешеходные зоны –Скользкие дороги ПЕРСПЕКТИВА: ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА? 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 11 Придорожная система Центральная система Система транспортного средства Интернет
¦¦ Q-Free ASA ¦ ЭЛЕКТРОННЫЕ НОМЕРНЫЕ ЗНАКИ Все транспортные средства оборудованы электронными метками, позволяющими –Обеспечивать сохранность электронного номерного знака –Оплачивать пользование дорогами –Контролировать дорожное движение Европейские стандарты (EN) опубликованы в этом году В последующие годы планируется внедрение в Бразилии, Португалии и, возможно, также в Норвегии Радиоинтерфейс на основе EN DSRC (специализированная связь малого покрытия) 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 12
¦¦ Q-Free ASA ¦20. april 2013Название презентации Страница 13 Амстердам, 25 марта 2010 года Интеллектуальные транспортные системы (ITS): общая картина 13 СПУТНИКОВЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ НАЗЕМНЫЕ РАДИОСТАНЦИИ МОБИЛЬ НАЯ ТЕЛЕФОН НАЯ СВЯЗЬ ОБЩЕГОР ОДСКАЯ СЕТЬ БЕСПРОВОДНАЯ СЕТЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Навигация Связь между транспортными средствами Адаптивный круиз- контроль Управление автопарком Системы обеспечения безопасности Межтранспортные средства связи Информация для пассажиров Дорожные услуги Дорожные знаки Планирован ие маршрутов Сбор дорожных пошлин ©ETSI 2008
¦¦ Q-Free ASA ¦ Потребности в мобильности –Потребности в дорожных услугах неуклонно растут. Все большее количество транспортных средств будет включаться в дорожное движение. По мере увеличения интенсивности дорожного движения стоимость устранения риска несчастных случаев со смертельным исходом будет все более возрастать. Финансирование инфраструктуры –Большинство стран столкнется с ситуацией, когда средств, доступных для усовершенствования дорожно-транспортных услуг, окажется недостаточно. Плата за пользование дорогами –Плата за пользование дорогами может стать единственно возможным вариантом обеспечения необходимых средств. Плата за пользование дорогами уже доказала свою эффективность и будет оставаться одним из важнейших факторов повышения безопасности дорожного движения. Транспортные средства –Транспортные средства становятся все более интеллектуальными и способными взаимодействовать между собой во избежание опасных ситуаций на дороге. КРАТКИЕ ИТОГИ И НАПРАВЛЕНИЕ ДАЛЬНЕЙШИХ ДЕЙСТВИЙ 20. april 2013Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Страница 14
¦¦ Q-Free ASA ¦20. april 2013 Страница 15Как плата за пользование дорогами может повысить безопасность дорожного движения Спасибо за внимание! Указывая путь...
Рис. 11. Варианты установки клапанов РОГ: а - первоначальная конструкция;
б - модернизированная конструкция В Ы В О Д Л И Т Е Р А Т У Р А
Наибольшей эффективностью обладает внешняя система рециркуляции отработавших газов по контуру высокого давления. Она позволяет организовать охлаждение и регулирование степени рециркуляции перепускаемых отработавших газов. Не приводит к преждевременному выходу из строя турбокомпрессора и засорению охладителя наддувочного воздуха ввиду возможности организовать поток отработавших газов мимо лопаток компрессора напрямую во впускной коллектор. Топливная экономичность двигателя лучше с рециркуляцией отработавших газов по контуру высокого давления вследствие меньших потерь на привод ротора.
1. Bosch: Системы управления дизельными двигателями: пер. с нем. - М.: Изд-во «За рулем», 2004. - 480 с.
2. Севиздрал, С. П. Обеспечение экологических показателей уровня Евро-4 и Евро-5 на автомобильных дизелях Минского моторного завода / С. П. Севиздрал, Г. М. Ку-харенок, В. И. Березун // Вісті Автомобільно-дорожнього інституту: науково-виробничий збірник. - 2012. -№ 1 (14). - С. 95-105.
R E F E R E N C E S
1. Bosch: Diesel Engine Control Systems: Translation from German. - М.: Publishing House “Za Ruliom” (“Behind the Wheel”), 2004. - 480 p.
2. Sevizdral, S. P. Provision of Euro-4 and Euro-5 Ecological Indices in Automotive Diesel Engines of Minsk Motor Plant / S. P. Sevizdral, G. M. Kukharionok, V. I. Berezun // Visti Avtomobilno-Dorozhnogo Instituta (News of Automobile and Highway Institute): Science-Production Collected Works. - 2012. - No 1 (14). - P. 95-105.
Поступила 25.09.2013
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА КАК ИННОВАЦИОННАЯ КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ ТРАНСПОРТА
Докт. техн. наук, проф. ГРАБА УРОВ В. А.
Белорусский национальный технический университет E-mail: [email protected]
INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEM INNOVATIVE CONCEPT OF TRANSPORT DEVELOPMENT
Belarusian National Technical University
Приводится анализ передовых технологий, которые основаны на инновационном развитии транспортного комплекса страны на базе интеллектуальных транспортных систем. Предложено в качестве основной идеи при разработке долгосрочной концепции инновационного развития транспорта Республики Беларусь использовать интеллектуальные транспортные системы и всю концепцию долгосрочного инновационного развития транспорта. Сформулированы принципы создания концепции развития и приведено обоснование ее создания с позиции интеллектуальных транспортных систем.
Ключевые слова: транспортная система, интеллектуальная транспортная система, инновации, концепция развития.
The paper presents an analysis of the state-of-the-art technologies which are based on the innovative development of the transport sector of the country using intelligent transport systems. It has been proposed to use intelligent transportation systems and the whole concept of long-term innovative transport development as the basic idea while elaborating long-term concept of innovative transport development of the Republic of Belarus. Principles for creation of development concept have been formulated and substantiation of its creation from the perspective of intelligent transport systems has been given in the paper.
Наука итехника, № 1, 2014
Keywords: transportation system, intelligent transportation system, innovations, development concept.
Введение. Долгосрочная концепция развития транспорта, безусловно, должна быть инновационной, т. е. опираться на передовые достижения науки и техники. Основой инноваций могут быть собственные дорогостоящие фундаментальные научные исследования в области транспорта или достижения из других областей. При разработке долгосрочной концепции развития транспорта необходимо учитывать реальные возможности Республики Беларусь, поэтому сначала сформулируем принципы создания этой концепции.
1. Разработка долгосрочной инновационной концепции должна опираться на системный подход, содержащий новую идею, базирующуюся на современном или перспективном развитии науки и техники, а не на индуктивном подходе, предполагающем лишь небольшое улучшение уже существующих разработок.
2. С учетом ограниченных финансовых возможностей Республики Беларусь концепция в большей степени должна ориентироваться на интенсивное, а не на экстенсивное развитие транспорта. Под экстенсивным развитием подразумевается строительство новых дорог, транспортных развязок и т. д. Интенсивное развитие - это более эффективное использование существующих ресурсов без крупных дополнительных затрат.
3. Инновационное развитие предполагает лидерство. Но лидерство может опираться либо на собственные научные разработки в данной области, либо на перенесение достижений из продвинутых отраслей в данную область. Республика Беларусь как небольшое государство с ограниченными ресурсами не может позволить себе проводить широкие научные исследования по всем направлениям развития транспорта. Поэтому при разработке путей инновационного развития транспорта Беларусь должна опираться на достижения передовых отраслей науки и техники.
4. В последние десятилетия самой быстро-развивающейся инновационной областью являются информационно-коммуникационные технологии, что привело к перевороту во многих отраслях. Сегодня мы живем в информационной эпохе, пришедшей на смену индустриаль-
ной. В транспортной отрасли достижения информационно-коммуникационных технологий пока используются еще не в полной мере. Тем не менее в развитых странах на транспорте уже в течение 20 лет информационно-коммуникационные технологии развиваются под общим названием интеллектуальные транспортные системы (ИТС). ИТС впитывают в себя новейшие достижения высоких технологий, космической и авиационной техники. В развитых странах, а также в России ИТС фактически становятся рычагом развития всей транспортной отрасли.
5. ИТС в крупных экономических странах или объединениях (США, Европейский союз) охватывают очень широкий спектр задач, который для Беларуси может оказаться чрезмерно большим. Поэтому для наших нужд необходимо выбрать отдельные направления, оценку перспективности и полезности которых желательно проводить с помощью SWOT-анализа (силы - слабости - возможности - угрозы).
Интеллектуальные транспортные системы как возможная основная идея долгосрочной концепции инновационного развития транспорта. Толчком к появлению ИТС стали все нарастающие транспортные проблемы в мегаполисах. Скорость движения транспорта в городе на порядок меньше технических возможностей транспортных средств. Например, в Нью-Йорке - 33 км/ч; в Минске -17 км/ч; в Москве - 13 км/ч. Фактически автомобиль превращается в черепаху. И это при том, что технические возможности транспортного средства позволяют ездить на порядок быстрее. Можно, конечно, расширять дороги, строить автомобильные развязки, но в городах такие возможности ограничены, да и стоят они достаточно дорого. Поэтому сейчас главные усилия направлены не столько на совершенствование ходовых качеств автомобилей, сколько на системы управления ими.
ИТС пока еще не получили широкого распространения и не имеют общепризнанного толкования, поэтому попытаемся определиться с этим понятием. ИТС можно представить как компьютерные, информационные и коммуникационные технологии для управления транспор-
Наука итехника, № 1, 2014
том и транспортными сетями в реальном времени, включая перемещение людей и грузов.
Направление развития ИТС - создание единого информационного пространства, объединяющего транспортные средства, дорожное оборудование, диспетчерские залы и центры организации движения по всей стране. ИТС используются не только для автомобильного, но и для и железнодорожного и других видов транспорта (рис. 1).
ИТС имеют две главные цели:
Увеличение скорости движения транспортных средств;
Повышение безопасности на дорогах.
ИТС полезны как при перевозках на дальние расстояния, так и в городах. В международных перевозках - это создание надежных и эффективных транспортно-логистических цепочек на основе ИТС, глобальных навигационных систем мониторинга и автоматизированных систем учета товарно-сырьевых потоков (рис. 2).
Рис. 1. Интеллектуальные транспортные системы объединяют все виды транспорта
Наука итехника, № 1, 2014
Рис. 2. ИТС в международных перевозках
ИТС в дорожном движении - это обеспечение безопасного, удобного и бесперебойного движения транспорта в перегруженных мегаполисах. В городе ИТС полезны всем трем группам пользователей - пассажирам и пешеходам, водителям и городским властям.
Для пассажиров и пешеходов:
Информационная система для общественного транспорта;
Единая карта оплаты услуг;
Светофор по требованию;
Интерактивные комплекты «Умная дорожная сеть».
Для водителей:
Система автомобильной информации и
Радиоканалы дорожных сообщений;
Многофункциональный транспортный сайт;
Планировщик поездок;
Динамические дорожные указатели и табло;
Система помощи при парковке;
Автоматический сбор платежей за проезд по платным дорогам.
Для города:
Камеры J-Eye (Junction Electronic Eyes);
Система управления светофорами;
Противопожарные датчики и детекторы загрязнения воздуха.
Реализуются заданные функции с помощью подсистем ИТС. В мире нет единого мнения о количестве и составе таких подсистем. Единственной страной, которая поставила перед собой цель создать всеобъемлющую ИТС, являются США. Количество и состав подсистем определяются потребностями и возможностями заинтересованных организаций и ведомств. Например, в американской ИТС имеются 22 подсистемы, а в европейской - 16.
Американская ИТС содержит следующие подсистемы (приведены 12 из 22):
1) информационного обеспечения участников дорожного движения;
2) обеспечения безопасности;
3) управления дорожным движением (АСУ ДД);
4) управления коммерческим транспортом;
5) управления специальным транспортом;
6) управления грузовыми перевозками;
7) обеспечения интеграции с информационными порталами и СМИ;
8) доступа к персональной информации;
9) управления парковками;
10) маршрутизации транспорта;
11) управления сбором дорожной платы;
12) управления бортовым оборудованием.
В Евросоюзе в 1991 г. была создана Европейская ассоциация участников рынка интеллектуальных транспортных систем ERTICO, представляющая собой консорциум, в который входят все ведущие европейские производители, заинтересованные в развитии рынка ИТС, общественные организации, представители различных министерств и ведомств, инфраструктурные операторы связи, пользователи и прочие организации. Только перечень реализованных за последние годы программ ERTICO (всего более 20) позволяет судить о вкладе этой организации в обеспечение безопасности дорожного движения в странах Евросоюза:
1. ADASIS - использование точных картографических данных в средствах навигации для получения водителем прогноза ситуации.
2. AIDE - использование специального электронного оборудования и ПО, позволяющих концентрировать внимание водителя в момент обгона.
3. GST - развитие массового рынка открытых телематических услуг.
4. IP PReVENT - программа внедрения электронных устройств ADAS с превентивной информацией о возможных опасностях по ходу движения.
5. SAFESPOT - программа поддержки появления большего количества «умных» машин на «умных» дорогах.
6. AGILE - программа обеспечения коммерческого использования спутниковой системы Galileo.
7. CVIS - программа взаимодействия автомобилей и дорожной инфраструктуры.
8. ENITE - программа подготовки специалистов по интеллектуальным транспортным системам.
9. FRAME Forum - программа построения архитектуры для европейской ИТС и др.
Основой ИТС являются системы телекоммуникации, которые соединяют все элементы ИТС: датчики, размещенные по городу, информацию со спутников, о движущихся объектах, базы данных, наземные центры управления и т. д.
ИТС имеют три уровня архитектуры (рис. 3):
Сетевой инфраструктуры с каналами связи;
Наука итехника, № 1, 2014
Транспортный;
Институциональный: организации, политика, механизмы финансирования и бизнес-процессы,
необходимые для создания и эксплуатации ИТС.
Рис. 3. Три уровня архитектуры интеллектуальной транспортной системы
ИТС далеко выходят за рамки чисто инженерных задач (уровня сетевой инфраструктуры). Для их построения необходимо создать институциональную структуру, в которой будут участвовать проектные, научно-исследовательские, промышленные, управленческие, учебные организации. Эта структура должна иметь высокий уровень государственной поддержки.
ИТС - результат комплексных усилий ученых, проектировщиков, промышленников и управленцев. Они представляются на сегодняшний день не четко сформированной структурой, а скорее полезной, очень крупной, непрерывно развивающейся системой, может быть, даже мечтой. Тем не менее в развитых странах уже сейчас ИТС становятся рычагом развития отрасли, определяя стратегию расширения отдельных направлений.
Наука итехника, № 1, 2014
В Республике Беларусь ИТС находятся на зачаточном уровне: разрабатываются отдельные, не связанные между собой элементы. Делаются попытки создания ИТС Минска. На транспортных конгрессах уже обсуждаются проблемы и перспективы развития ИТС, но в предыдущих планах развития отрасли даже название это почти не применялось. Тем не менее в БНТУ открывается подготовка по специальности «Эксплуатация интеллектуальных транспортных систем на автомобильном и городском транспорте». Но необходим многосторонний развернутый подход к созданию в Беларуси ИТС, поскольку она является крупной системой, выходящей за пределы страны. Она должна быть унифицирована с международной ИТС, поэтому такую систему целесообразно создавать в сотрудничестве с Россией и европейскими странами, учитывая специфические особенности Республики Беларусь.
Россия последние годы уделяет большое внимание созданию и развитию ИТС. Эти системы строятся не только в Москве и Санкт-Петербурге, но и во многих крупных городах, к созданию технических средств подключаются предприятия высоких технологий, налаживаются международные связи, открываются новые производства. Проводятся конгрессы по ИТС. Россия подключается к европейским организациям, связанным с ИТС.
Развитие CALS-технологий. Интересно проследить аналогию между ИТС и CALS-технологиями. В 80-е гг. прошлого века при создании системы противоракетной обороны США столкнулись с необходимостью организации взаимодействия многих тысяч предприятий и поставок между ними. Бумажный документооборот делал эту логистическую задачу практически неразрешимой, так как при увеличении сложности изделия количество документации экспоненциально возрастает. Поэтому было решено создать громадную информационную систему, объединяющую всех участников, - CALS (Computer-Aided of Logistics Support - компьютерная поддержка логистических систем). В основе CALS были заложены две идеи: отказ от «бумажной» технологии, а также замена многочисленных автономных автоматизированных систем проектирования, подготовки производства и т. д. на интегрированную информационную среду.
Сначала CALS засекретили и применяли только в военной области. Затем разрешили использование в гражданской сфере США, так как CALS-технологии доказали очень высокую эффективность. Далее CALS рассекретили и начали применять в НАТО и развитых странах.
И вдруг произошло неожиданное: использование информационных технологий позволило не просто упростить взаимодействие между участниками, но и резко усовершенствовать все бизнес-процессы, что привело к повышению их эффективности до 50-70 %! Концепция CALS-технологий показана на рис. 4.
CALS-технологии оказались блестящей глубокой идеей, позволившей не только усовершенствовать логистику, но и серьезно улучшить работу предприятий на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ): маркетинга, проектирования, подготовки производства, изготовления, поставок, эксплуатации, сервисного обслуживания, модификации и утилизации. Произошла эволюция CALS-технологии от управления логистикой до поддержки ЖЦ, что нашло отражение в изменении понимания CALS:
1. Computer-Aided of Logistics Support -компьютерная поддержка логистических систем, 1980-е гг.
2. Computer-Aided Acquisition and Support -компьютеризированные поставки и поддержка, 1988 г.
3. Computer-Aided Acquisition and Lifecycle Support - поддержка непрерывных поставок и жизненного цикла, 1993 г.
4. Commerce At Ligth Speed - бизнес со скоростью света, 1995 г.
5. Computer Acquisition and Life-cycle Support - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукции.
Фактически произошла революция в управлении бизнес-процессами ЖЦ и во взаимодействии между участниками совместного производства. Самым важным результатом является то, что в XXI в. нельзя рассчитывать на продажу сложных наукоемких изделий без использования CALS-технологий.
Развитые государства организовали более узкую и закрытую организацию под названием Международный CALS-конгресс (ICC). Официально заявлено, что ICC проводит политику неподдержания государств, отстающих в сфере CALS-технологий. Таким образом, CALS-технологии стали пропуском в клуб развитых стран.
Показателен печальный опыт знакомства Беларуси с CALS: в начале 2000-х гг. Вьетнам хотел купить у нас крупную партию автомобилей, но затем отказался, так как Беларусь не смогла изготовить эти машины с использованием CALS-технологий. Поэтому в Республике в 2005 г. была создана Государственная программа CALS. Участниками этой программы на первых этапах являются: ОИПИ НАН Беларуси в качестве координатора, МТЗ, МАЗ, ОАО «Витязь», а также БелГИСС - для решения вопросов стандартизации.
Наука итехника, № 1, 2014
Рис. 4. Концепция ИТС и CALS-технологии: есть ли сходство? ИТС развиваются по аналогичному с CALS пути: использование информационнокоммуникационных технологий, создание единого информационного пространства, замена бумажного документооборота на электронный. ИТС также обладают большим потенциалом, так как опираются на бурно развивающиеся информационные, телекоммуникационные, авиационные, космические и другие высокие технологии. Существует вероятность, что в будущем ИТС и CALS будут взаимодействовать, так как цели и подходы у них близкие. В БНТУ открывается подготовка специалистов по интеллектуальным транспортным системам и CALS-технологиям.
СЛЬБ-технодогий
Долгосрочная концепция развития транспорта должна опираться на передовые достижения науки и техники. При разработке долгосрочной концепции инновационного развития транспорта необходимо учитывать реальные возможности Республики Беларусь, а в качестве основной идеи использовать интеллектуальные транспортные системы. Концепцию долгосрочного инновационного развития транспорта создавать с позиций ИТС.
Поступила 13.06.2013
УДК 621.26:629.244:629.2293
ВОЗМОЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ И БИРОТАТИВНОЙ ЭЛЕКТРОМАШИНОЙ
Канд. техн. наук, доц. МИХАЙЛОВ В. В., магистр техн. наук СНИТКОВ А. Г.
ГНУ «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси»
Е-mail: [email protected]
POSSIBILITIES FOR AUTOMATIC CONTROL OF HYDRO-MECHANICAL TRANSMISSION AND BIROTATING ELECTRIC MACHINE MIKHAIWV V. V., SNITKOV A. G.
SSI (State Scientific Institution) “Joint Institute of Mechanical Engineering of National Academy of Sciences of Belarus”
Представлены математические модели и результаты виртуального исследования выбранных параметров движения мобильной машины, оснащенной гидромеханической и модернизированной трансмиссиями. Машина испытывалась в одинаковых технологических циклах и была оборудована универсальной системой автоматического управления. Изменение структуры и типа силовой передачи получено алгоритмом управления, в том числе дополнительной реверсивной электрической машиной, подключаемой на определенных режимах эксплуатации.
Реализация предложенной концепции позволяет получить и проверить более совершенный С-код системы управления, улучшить эксплуатационные качества трансмиссии, повысить эффективность машины, уменьшить буксование и износ шин путем использования безвозвратно расходуемой в обычных случаях энергии торможения для последующего ее полезного использования.
Ключевые слова: гидромеханическая передача, гибрид, автоматическое управление, электрическая машина, математическая модель.
Исследования, направленные на создание и внедрение в практику отечественного автотранспортного комплекса высокоэффективных телематических и интеллектуальных транспортных систем, являются одним из важных направлений научной деятельности НИИАТ. Руководство этим направлением возложено на первого заместителя генерального директора НИИАТ по научной работе к. т. н. Комарова В. В.
Некоторые из полученных результатов представлены в монографии В. В. Комарова и С. А. Гарагана «Архитектура и стандартизация телематических и интеллектуальных транспортных систем. Зарубежный опыт и отечественная практика» М.: НТБ «Энергия», 2012, 352 стр. Книгу можно приобрести в разделе «Интернет-магазин».
Ключевой научной проблемой развития указанного класса систем в отечественной практике является разработка методологических основ формирования их рационального облика.
Методологические основы формирования рационального облика телематических
и интеллектуальных транспортных систем
Информатизация производственных, экономических и социальных процессов в последние десятилетия развивается чрезвычайно высокими темпами, позволяющими говорить об информационной революции. Не остался в стороне от нее и автотранспортный комплекс, где одним из основных направлений информатизации стало создание и внедрение телематических и интеллектуальных транспортных систем.
Под телематической транспортной системой (ТТС) будем понимать информационную систему, обеспечивающую автоматизированный сбор, обработку, передачу и представление потребителям данных о местоположении и состоянии транспортных средств, а также информации, получаемой на основе этих данных, в целях эффективного и безопасного использования транспортных средств различного назначения и принадлежности .
Интеллектуальная транспортная система (ИТС) - это телематическая транспортная система, обеспечивающая реализацию функций высокой сложности по обработке информации и выработке оптимальных (рациональных) решений и управляющих воздействий . Применительно к зарубежным системам будем использовать традиционный термин «интеллектуальные транспортные системы», хотя не все они соответствуют вышеприведенному определению.
Как следует из приведенных определений, телематические и интеллектуальные транспортные системы являются информационными системами, следовательно, на них распространяются общие теоретические и прикладные результаты, полученные в ходе широкого круга исследований и разработок по проблемам анализа и синтеза систем в рамках таких междисциплинарных научных направлений, как теория систем (см., напр., ), системный анализ (см., напр., ), системология (см., напр., ) и др. Результаты методологического характера представлены в таких работах, как .
В отмечается, что с истемное проектирование является фундаментом для обеспечения функциональной адекватности требованиям всего жизненного цикла сложных систем. От полноты и тщательности системного проектирования зависят эффективность реализации функций системы и степень удовлетворения ожиданий и требований заказчика и пользователей. В последовательности выработки и подготовки к реализации этих требований выделяются три крупных этапа:
— обследование, системный анализ существующей системы и выявление ее недостатков;
Обобщение результатов системного анализа и создание предварительной концепции новой или модернизированной системы и ее программных средств;
Разработка проекта системы, определяющего и конкретизирующего цель, назначение и методы ее дальнейшего детального проектирования и всего жизненного цикла.
На этих этапах при относительно небольших затратах должна определяться экономическая эффективность и рентабельность всех последующих больших затрат ресурсов в жизненном цикле системы и могут быть предотвращены значительные потери ресурсов вследствие плохого планирования и неопределенностей при реализации проекта. Системное проектирование способно остановить нерентабельное развитие проектов систем и избежать крупных затрат заказчикам и разработчикам. В то же время на базе рекомендуемых при проектировании методов, инструментальных средств и стандартов может и должен быть подготовлен и обеспечен длительный, эффективный жизненный цикл и совершенствование множества версий высококачественных систем и их компонентов при реализации на различных аппаратных и операционных платформах. Конечный результат системного проектирования должен также положительно отражаться на системах обеспечения качества, безопасности и защиты, на рационально организованных коллективах квалифицированных специалистов, способных обеспечить весь жизненный цикл системы .
Рассмотрим первые два из перечисленных этапов, имея в виду, что разработка проекта системы в значительной степени определяется ее обликом, формируемым на этапе создания предварительной концепции.
Основным недостатком существующей системы , т. е. автотранспортного комплекса, является недостаточное соответствие показателей качества (эффективности, безопасности, экологичности, удобства для пользователей) современным требованиям при наличии возможности улучшения этих показателей за счет создания и внедрения телематических и, в частности, интеллектуальных транспортных систем.
Цель создания ТТС (ИТС) состоит в повышении показателей качества автотранспортного комплекса с помощью телематических средств. Рассматривая каждый из показателей отдельно, можно отметить различный характер их влияния на потребности общества и экономики (рис. 1, табл. 1). В таблице жирным шрифтом выделено прямое влияние, обычным – опосредованное.
Таблица 1 – Влияние целей создания ТТС (ИТС) на потребности общества и экономики.
|
Цель |
Социум |
Экономика |
|
Повышение эффективности автотранспортного комплекса |
Рост благосостояния людей за счет повышения эффективности экономики |
Повышение эффективности экономики в целом |
|
Повышение безопасности |
Снижение количества погибших и пострадавших в ДТП, числа правонарушений на автомобильном транспорте, задержек дорожного движения вследствие ДТП |
Затрат на лечение пострадавших и ликвидацию последствий ДТП, потерь от правонарушений, задержек дорожного движения |
|
Повышение экологичности |
Улучшение условий жизни людей, снижение заболеваемости |
Снижение потерь трудовых ресурсов , затрат на лечение заболевших |
|
Повышение удобства использования |
Снижение потерь времени и сил пользователей автомобильного транспорта на поездки и перевозки, повышение удовлетворения транспортными услугами |
Повышение спроса на транспортные средства, поездки и перевозки, сокращение затрат времени на транспортные процессы |
Рисунок 1. – Характер в лияния ТТС (ИТС) на потребности общества и экономики.
В качестве предварительных итогов обследования и обобщения результатов системного анализа можно использовать верхний уровень классификации проблем, решаемых ТТС (ИТС) в трактовках, используемых ИСО, США и Европейским Союзом. Эти проблемы представлены в табл. 2, где показано примерное соответствие между классами, выделенными в различных источниках. Отсутствие прямого соответствия не следует понимать как отказ от включения соответствующих проблем в сферу действия ТТС (ИТС), оно является следствием различных подходов к классификации. На более низких уровнях классификации в подавляющем большинстве случаев такое соответствие наблюдается.
Таблица 2 – Верхний уровень классификации проблем, решаемых ТТС (ИТС).
|
Сервисный домен по ГОСТ Р ИСО 14813-1 - 2011 |
Группа пользовательских сервисов ( User Service Bundle ) Национальной архитектуры ИТС США |
Фрагмент ИТС ( Part of ITS ) в Европейской рамочной архитектуре ИТС |
|
|
Информирование участников движения |
Помощь путешественнику (Traveller Assistance) |
||
|
Управление дорожным движением и действия по отношению к его участникам |
Управление перемещениями и дорожным движением (Travel and Traffic Management ) |
Управление дорожным движением (Traffic Management) |
|
|
Конструкция транспортных средств |
Усовершенствованные системы активной безопасности (Advanced Vehicle Safety Systems ) |
Системы на транспортном средстве (In-Vehicle Systems) |
|
|
Коммерческие перевозки |
Деятельность грузового транспорта (Commercial Vehicle Operations ) |
Управление грузами и грузоперевозками (Freight and Fleet Management) |
|
|
Общественный транспорт |
Управление общественным транспортом (Public Transportation Management ) |
Управление общественным транспортом (Public Transport Management) |
|
|
Чрезвычайные ситуации | |||
|
Электронные платежи на транспорте |
Электронные платежи (Electronic Payment ) |
Сбор электронных платежей (Electronic Fee Collection) |
|
|
Персональная безопасность, связанная с дорожным транс портом | |||
|
Погодные условия и состояние окружающей среды | |||
|
Катастрофы и чрезвычайные ситуации |
Управление в чрезвычайных ситуациях (Emergency Management ) |
Оповещение и реакция на чрезвычайные ситуации (Emergency Notification and Response) |
|
|
Национальная безопасность |
Правоприменение (Law Enforcement) |
||
|
Управление данными ИТС |
Управление информацией (Information Management ) | ||
|
Управление дорожными и строительными работами (Maintenance and Construction Management ) | |||
|
Поддержка кооперативных систем (Support for Cooperative Systems) |
Исходя из представленных в таблице данных, можно выдвинуть гипотезы о том, что рациональными могут быть следующие предварительные концепции системы:
- совокупность автономных систем, каждая из которых предназначена для решения одной или нескольких из вышеуказанных проблем либо их компонентов (проблем более низкого уровня);
- универсальная многофункциональная система, обеспечивающая решение всего круга проблем.
Представляется целесообразным сравнить эти концепции с точки зрения их эффективности и затрат, потребных для их создания и эксплуатации.
Для этого рассмотрим общую функциональную структуру информационной системы (рис. 2). Под функциональной структурой понимают совокупность функций (задач) системы и информационных связей между ними.
Рисунок 2. – О бщая функциональная структура информационной системы.
В общем случае информационная система предназначена для получения определенной информации о некоторой предметной области, обработки этой информации по заданным законам и представления результатов обработки в необходимом виде потребителям. Соответственно ее функциональная структура должна включать процессы получения необходимой информации о предметной области, передачи полученной информации на объект (объекты), где осуществляется обработка, собственно обработки информации, передачи полученных результатов на объект (объекты), где находятся потребители информации, и представления полученной информации потребителям.
Частным случаем информационной системы является автоматизированная система управления (рис. 3). При этом роль предметной области, о которой система получает информацию, играет управляемый объект. Полученная информация передается для обработки, которая в общем случае включает решение двух крупных задач: оценки состояния управляемого объекта, возможно, с учетом поступающих извне данных о его требуемом состоянии, и выработки управляющих воздействий, которая также может осуществляться с использованием внешних данных. Параметры выработанных управляющих воздействий передаются на исполнительные органы, которые непосредственно формируют воздействия на управляемый объект.
Рисунок 3. – О бщая функциональная структура автоматизированной системы управления.
Анализ проблем, представленных в таблице 2, и их дальнейшей детализации в и других материалах показывает, что предметные области практически всех проблем включают движение всех транспортных средств (ТС) либо отдельных их категорий на всей территории, обслуживаемой системой. В состав информации, получаемой системой, должны входить местоположение и скорость движения транспортных средств (ТС) и/или параметры транспортных потоков на улично-дорожной сети (УДС), находящейся на этой территории. Отсюда следует, что о бщую функциональную структуру ТТС, предназначенной для решения большинства вышеприведенных проблем, можно представить в виде, показанном на рис. 4.
Она может включать следующие процессы:
- получения информации о местоположении, движении и состоянии отдельных ТС;
- получения информации о транспортных потоках, которая может поступать от датчиков транспорта, средств видеонаблюдения и т. п.;
- получения информации о метеоусловиях на дорогах;
- передачи полученной информации для дальнейшей обработки;
- обработки информации;
- передачи результатов обработки информации на бортовые, индивидуальные (например, персональные компьютеры и переносные коммуникационные устройства) и групповые (например, светофоры, изменяемые дорожные знаки и информационные табло) средства представления информации;
- представления информации бортовыми средствами, размещенными на ТС;
- представления информации групповыми средствами для участников дорожного движения и пользователей ТС;
- представления информации иным пользователям, в том числе на средства отображения индивидуального пользования, включая переносные устройства.
Минимальная функциональная структура должна включать хотя бы один из процессов получения информации, соответствующий процесс передачи полученной информации для обработки и собственно процесс обработки информации.
Рисунок 4. – О бщая функциональная структура
Вышеописанной функциональной структуре ТТС соответствует физическая структура системы, представленная на рис. 5. Физическая структура отражает состав физических компонентов системы и связи между ними. Применительно к ТТС она включает следующие элементы:
- подсистему сбора информации, в которую могут входить бортовые автомобильные навигационно-информационные комплексы (БАНИК), внебортовые средства сбора информации (датчики транспорта, системы фотовидеофиксации, видеонаблюдения, видеоаналитики), средства сбора данных о метеоусловиях;
- комплекс средств управления дорожным движением и информирования пользователей ТС;
- подсистему обмена информацией с БАНИК;
- подсистему передачи данных с внебортовых средств сбора информации о транспортных потоках;
- подсистему передачи данных о метеоусловиях;
- подсистему передачи данных на средства управления дорожным движением и информирования пользователей ТС;
- подсистему обработки информации;
- средства представления информации пользователям ТТС и получения данных для выработки управляющих воздействий.
Рисунок 5. – О бщая физическая структура телематической транспортной системы.
Бортовой автомобильный навигационно-информационный комплекс включает (рис. 6) бортовой навигационно-информационный терминал, в состав которого входят приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, вычислительное устройство, устройство связи с внешними абонентами, пользовательский интерфейс и, кроме того, может содержать следующие элементы:
- датчиковый комплекс, в состав которого могут входить датчики состояния ТС, груза, пассажиропотока, оборудования, смонтированного на ТС, идентификации водителя, система автоматического определения факта аварии и др.;
- комплекс исполнительных элементов, которые могут обеспечивать по команде от оператора системы, например, такие функции, как блокировка возможности движения ТС (например, в случаях отклонения от маршрута ТС, перевозящего опасные грузы, нарушения режима работы и отдыха водителей либо угона ТС), включение аварийной сигнализации (при получении от ТС сигнала аварии и невозможности установления связи с водителем), разблокировка либо открытие дверей при получении сигнала аварии и т. д.
Рисунок 6. – Общая структура бортового автомобильного навигационно-информационного комплекса (БАНИК).
Возвращаясь к рассмотрению гипотез о рациональных предварительных концепциях (обликах) системы, можно отметить, что создание автономных систем узкого функционального назначения предлагается в ряде российских национальных стандартов и проектов таких стандартов . Пример одной из таких систем – системы диспетчерского управления транспортом по вывозу твердых бытовых отходов – показан на рис. 7.
При этом, например, в США с 1991 г. ведется разработка и поддержание в актуальном состоянии Национальной архитектуры ИТС США, которая представляет собой комплекс документов, включающий 21 книгу общим объемом около 4800 страниц. Текущая версия 7.0 выпущена 29.01.2012 г. Общее описание архитектуры приведено в документе . Упрощенная логическая архитектура верхнего уровня ИТС США показана на рис. 8.
В Европейском Союзе разработана Европейская рамочная архитектура ИТС, описание версии 4.1 которой состоит из 21 книги общим объемом более 1800 страниц (см. ) .
Указанные примеры зарубежных архитектур ИТС охватывают все проблемы, приведенные в соответствующих столбцах табл. 2, т. е. соответствуют гипотезе рациональности облика ТТС как универсальной многофункциональной системы, обеспечивающей решение всего круга проблем.
Рисунок 7. - Иерархическая архитектура системы диспетчерского управления транспортом по вывозу твердых бытовых отходов (ГОСТ Р 54029-2010).
Рисунок 8. - Упрощенная логическая архитектура верхнего уровня ИТС США.
Проведем сравнительную оценку описанных концепций создания ТТС.
В результате реализации концепции создания изолированных узкофункциональных систем возникает ситуация, которая в информатике именуется лоскутной автоматизацией , "лоскутной" стратегией , а ее результат - «зоопарком» программ .
На рис. 9 показан возможный результат ее применения к тяжелым грузовым ТС, для которых установлен или ожидается к установлению нормативными актами ряд требований по оснащению телематическими средствами.
Рисунок 9. - Возможная конфигурация разрабатываемых телематических систем.
Как видно из рисунка, в случае применения изолированных узкофункциональных систем возникает необходимость оснащения каждого ТС бортовыми навигационно-информационными комплексами в к количестве, равном числу систем, обслуживающих данное ТС. Если стоимость одного комплекса составляет 15-30 тыс. руб., то затраты на оснащение 100 тысяч ТС одним комплексом достигают 1,5 – 3 млрд. руб., а пятью комплексами - 7,5 – 15 млрд. руб. Оценивая общий российский парк грузовых автомобилей, автобусов и легковых автомобилей, не находящихся в пользовании граждан, в 8 млн. единиц, легко видеть, что оснащение каждого из этих ТС одним бортовым комплексом потребует суммарных затрат в 120 – 240 млрд. руб. Кроме того, каждый из бортовых комплексов генерирует трафик обмена данными, который также должен оплачиваться.
Каждая из изолированных систем включает подсистемы обмена (передачи) данными и их обработки. Затраты на их создание и эксплуатацию увеличиваются пропорционально количеству таких систем. Необходимо также иметь в виду возможную перспективу расширения круга задач, решаемых ТТС. В рамках рассматриваемой концепции это потребует создания новых узкофункциональных систем и дополнительных крупных затрат.
В случае реализации концепции универсальной многофункциональной системы, обеспечивающей решение всего круга проблем (рис. 10), достаточно оснастить каждое ТС единственным бортовым навигационно-информационным комплексом, создать на каждой территории обслуживания единственную систему обмена данными, единственный центр обработки сообщений ТС и единственный многофункциональный центр контроля и управления. Расширение круга задач, решаемых системой, обеспечивается возможностями ее масштабирования, т. е. придания новых функций БАНИК и центрам обработки сообщений и контроля и управления.
Рисунок 10. - Возможная конфигурация универсальной многофункциональной телематической транспортной системы.
Кроме того, важнейшим преимуществом универсальной системы перед «зоопарком» узкофункциональных является то, что универсальная система позволяет интегрировать данные о движении всех ТС в информацию о реальных транспортных потоках, на основе которой возможно эффективное управление дорожным движением, обеспечивающее достижение целей создания ТТС.
Еще одним направлением сокращения затрат на создание телематических транспортных систем является разработка общей архитектуры, на базе которой возможно формирование облика конкретных реализаций системы и последовательное наращивание их функциональных возможностей при рациональном использовании имеющихся ресурсов. По оценкам европейских специалистов, использование общей архитектуры обеспечивает почти 80 % объема работ по созданию архитектуры конкретной системы .
Таким образом, концепция универсальной многофункциональной ТТС характеризуется во много раз более низкими затратами, чем альтернативная. Тем самым подтверждается рациональность подходов к построению ТТС, используемых за рубежом, в частности, в США и ЕС.
Для создания универсальной многофункциональной ТТС необходимо разработать универсальную структуру сообщения БАНИК о местоположении, движении и состоянии ТС, которое обеспечивает решение всех задач ТТС, кроме экстренного реагирования на аварии, для которой используется специальный состав и формат сообщения. В табл. 3 приведен возможный состав такого сообщения.
Таблица 3 – Возможный состав унифицированного сообщения о местоположении, движении и состоянии ТС
|
Группа данных |
Изменчивость | ||
|
Идентификационные данные ТС |
Постоянные/постоянные для сеанса взаимодействия с ТТС | ||
|
Идентификационные данные водителя |
Постоянные для водителя | ||
|
Идентификационные данные груза |
ТС, предназначенные для перевозки грузов, которые могут иметь носители идентификационных данных |
||
|
Классификационные признаки ТС |
Постоянные, постоянные для рейса | ||
|
Классификационные признаки груза |
Постоянные для каждого места груза |
Грузовые ТС |
|
|
Данные о местоположении и скорости ТС |
Переменные | ||
|
Данные о состоянии ТС |
Переменные |
ТС, для которых нормативными документами либо решением владельца установлена необходимость контроля состояния |
|
|
Данные о состоянии водителя |
Переменные |
ТС, для которых предусмотрен контроль режима движения, труда, отдыха и состояния водителей |
|
|
Данные о состоянии груза |
Переменные |
ТС, предназначенные для перевозки грузов, которые подлежат контролю их состояния |
|
|
Данные о количестве пассажиров |
Переменные |
Средства общественного транспорта |
|
|
Данные о состоянии оборудования, смонтированного на ТС |
Переменные |
ТС, на которых смонтировано оборудование, которое подлежит контролю его состояния |
Дадим краткую характеристику групп данных, представленных в таблице.
Идентификационные данные (ИД) ТС определяют конкретное транспортное средство. Они могут задаваться различными способами. Для ТС, применительно к которым установлены нормативные требования об их телематическом контроле (средства общественного транспорта, ТС, перевозящие опасные грузы, тяжеловесные ТС и т. д.) целесообразно устанавливать постоянные ИД. Такие идентификационные данные могут устанавливаться и для иных ТС по желанию их владельцев. Это позволяет накапливать и анализировать статистику о движении и изменениях состояния ТС, которая может быть полезной для владельцев как коммерческих, так и личных транспортных средств.
Если же владелец транспортного средства не желает, чтобы в системе накапливались данные об его ТС, таким ТС может быть предоставлена возможность присвоения новых ИД при каждом входе в связь с системой. Тем самым может быть ослаблено негативное отношение некоторых лиц к ТТС, которые рассматриваются этими лицами как средство «тотальной слежки» за их передвижениями.
В целях предотвращения противоправного использования информации, циркулирующей в ТТС, целесообразно принять меры по строгому ограничению доступа к ИД в форме, используемой при радиообмене ТС с элементами ТТС. Идентификационные данные не должны сообщаться владельцу ТС, а также оперативному персоналу ТТС.
В состав этой группы данных могут также входить ИД прицепов/полуприцепов.
Идентификационные данные водителя предназначены для решения задачи контроля режима движения, труда, отдыха и состояния водителей. Технология такого контроля достаточно детально разработана применительно к тахографам и может быть принята за основу при решении указанной задачи телематическими средствами. В перспективе эта технология может быть усовершенствована, например, путем идентификации водителей по автоматически формируемому портрету, а также внедрения технических средств контроля физического состояния водителя.
Идентификационные данные груза используются при организации и управлении перевозками грузов, оснащенных носителями идентификационных данных, либо перевозимых в таре, имеющей такое оснащение.
Классификационные признаки ТС включают признаки, позволяющие установить класс габаритов и иных технических характеристик ТС, а также сведения о принадлежности ТС к классификационным группам, для которых установлены специальные требования к телематическому контролю. Часть этих признаков может устанавливаться для каждого рейса (например, в зависимости от характера перевозимого груза, наличия пассажиров либо выполнения рейса порожняком).
Классификационные признаки груза могут использоваться для грузов, для которых установлены специальные требования к их перевозке (например, опасные либо скоропортящиеся).
Данные о местоположении и скорости ТС включают его координаты, модуль и направление вектора скорости движения, а также момент времени, в который были определены эти параметры. Они необходимы для решения задач управления дорожным движением, контроля за маршрутами движения ТС, для которых установлены специальные требования, и многих других задач.
Данные о состоянии ТС могут включать широкий круг параметров, зависящих от категории ТС. Например, сведения о давлении в шинах могут использоваться для контроля безопасности движения, данные об уровне топлива в баке – для предотвращения хищений и контроля заправляемых объемов топлива, данные о режиме функционирования стеклоочистителей – для оценки метеоусловий на дороге и т. д.
Данные о состоянии груза могут использоваться для отслеживания состояния грузов, требующих специальных условий перевозки (опасных, скоропортящихся и др.).
Данные о количестве пассажиров , перевозимых средствами общественного транспорта, целесообразно использовать в процессе диспетчерского управления, например, для направления на маршруты дополнительных ТС либо снятия их с маршрутов.
Данные о состоянии оборудования, смонтированного на ТС , необходимы для контроля и учета объемов работ, выполняемых с помощью этого оборудования (например, дорожных, строительных, сельскохозяйственных и т. д.).
Представленный состав унифицированного сообщения, по мнению авторов, охватывает все группы данных, которые могут передаваться с борта ТС для использования в универсальной многофункциональной ТТС. Для представления сообщения целесообразно использовать язык XML , широко применяемый в современных информационных системах. Его использование в ИТС регламентировано стандартом ISO 24531:2007 .
Использование описанного состава унифицированного сообщения обеспечивает унификацию компонентов ТТС и ИТС (БАНИК, подсистем обмена и обработки информации), алгоритмов обработки данных, географическую непрерывность телематического обслуживания ТС и позволяет сократить затраты на создание и эксплуатацию систем.
Таким образом, в настоящей статье описаны методологические основы формирования рационального облика телематических и интеллектуальных транспортных систем как одного их классов информационно-управляющих систем, описана их рациональная структура, подобная используемым в США и ЕС, показаны преимущества такой структуры и предложен состав унифицированного сообщения о местоположении, движении и состоянии ТС, обеспечивающий эффективную разработку и функционирование ТТС и ИТС.
1. В. В. Комаров, С. А. Гараган. Архитектура и стандартизация телематических и интеллектуальных транспортных систем. Зарубежный опыт и отечественная практика. М.: НТБ «Энергия», 2012.
2. Теория систем: Учеб. пособие/В.Н. Волкова, А.А. Денисов. - М.: Высш. шк., 2006.
3. Системный анализ. Учеб. для вузов/А.В. Антонов. - М.: Высш. шк., 2004.
4. Проблемы системологии (проблемы теории сложных систем). М., «Сов. радио», 1976.
5. Могилевский В. Д. Методология систем: вербальный подход/Отд-ние экон. РАН; науч.-ред. совет изд-ва "Экономика". - М.: ОАО "Издательство "Экономика", 1999.
6. Новиков А.М., Новиков Д.А. Методология.– М.: СИНТЕГ, 2007.
7. Липаев, В.В. Программная инженерия. Методологические основы. М.: ТЕИС, 2006.
8. ГОСТ Р ИСО 14813-1 - 2011 «Интеллектуальные транспортные системы. Схема построения архитектуры интеллектуальных транспортных систем. Часть 1. Сервисные домены в области интеллектуальных транспортных систем, сервисные группы и сервисы».
9. National Intelligent Transportation System (ITS) Architecture. Executive Summary. Research and Innovation Technology Administration (RITA). US Department of Transportation. Washington D.C. , May 2007.
10. E-FRAME. Extend FRAMEwork architecture for cooperative systems. D15 – FRAME Architecture – Part 1, version V1.0.
11. ГОСТ Р 52456-2005 Глобальная навигационная спутниковая система и глобальная система позиционирования. Приемник индивидуальный для автомобильного транспорта. Технические требования.
12. ГОСТ Р 53703-2009 Системы мониторинга и охраны автотранспортных средств. Общие технические требования и методы испытаний.
13. ГОСТ Р 53860-2010 Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления городским пассажирским транспортом. Требования к архитектуре и функциям.
14. ГОСТ Р 54023-2010 Глобальная навигационная спутниковая система. Система навигационного диспетчерского контроля выполнения государственного заказа на содержание федеральных автомобильных дорог. Назначение, состав и характеристики подсистемы картографического обеспечения.
15. ГОСТ Р 54026-2010 Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления городским наземным пассажирским транспортом. Назначение, состав и характеристики решаемых задач подсистемы информирования пассажиров.
16. ГОСТ Р 54027-2010 Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления грузовым автомобильным транспортом. Требования к архитектуре, функциям и решаемым задачам системы диспетчерского управления перевозками строительных грузов по часовым графикам.
17. ГОСТ Р 54028-2010 Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления междугородними пассажирскими перевозками. Требования к архитектуре, функциям и решаемым задачам.
18. ГОСТ Р 54029-2010 Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления специальным автомобильным транспортом муниципальных служб. Требования к архитектуре, функциям и решаемым задачам системы диспетчерского управления транспортом по вывозу твердых бытовых отходов.
19. ГОСТ Р 54030-2010 Глобальная навигационная спутниковая система. Системы информационного сопровождения и мониторинга городских и пригородных автомобильных перевозок опасных грузов. Требования в архитектуре, функциям и решаемым задачам.
20. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления автомобильным и городским электрическим транспортом. Системы диспетчерского управления междугородними контейнерными грузовыми автомобильными перевозками. Требования к архитектуре, функциям и решаемым задачам. Проект национального стандарта.
21. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления автомобильным и городским электрическим транспортом. Системы диспетчерского управления грузовым автомобильным транспортом. Назначение, состав и характеристики бортового навигационно-связного оборудования. Проект национального стандарта.
22. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления автомобильным и городским электрическим транспортом. Системы диспетчерского управления специальным автомобильным транспортом муниципальных служб. Требования к архитектуре, функциям и решаемым задачам системы диспетчерского управления транспортом по уборке улиц. Проект национального стандарта.
23. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления автомобильным и городским электрическим транспортом. Системы информационного сопровождения и мониторинга региональных автомобильных перевозок опасных грузов. Требования к архитектуре, функциям и решаемым задачам. Проект национального стандарта.
24. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления автомобильным и городским электрическим транспортом. Системы диспетчерского управления городским пассажирским транспортом. Назначение, состав и характеристики решаемых задач подсистемы анализа пассажиропотоков. Проект национального стандарта.
25. Глобальная навигационная спутниковая система. Система экстренного реагирования при авариях. Услуга базовая. Проект национального стандарта.
26. Глобальная навигационная спутниковая система. Автомобильная система вызова экстренных оперативных служб. Общие технические требования. Проект национального стандарта.
27. Глобальная навигационная спутниковая система. Система экстренного реагирования при авариях. Протоколы обмена данными автомобильной системы вызова экстренных оперативных служб с инфраструктурой системы экстренного реагирования при авариях. Проект национального стандарта.
28. Глобальная навигационная спутниковая система. Система экстренного реагирования при авариях. Программа и методики испытаний на соответствие требованиям по электромагнитной совместимости, стойкости к климатическим и механическим воздействиям. Проект национального стандарта.
29. Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Под ред. С. В. Симоновича. - СПб.: Питер, 2005.
30. Н. Лисин. Лоскутная автоматизация, или как управлять «зоопарком» программ. 19.06.2009. http://www.bytemag.ru/articles/detail.php?ID=14862
31. Ксавьер Гилберт. Мастерство: Менеджмент / Пер. с англ.-М.: (Серия «Мастерство»), 1999.
32. The FRAME Architecture And The ITS Action Plan. Booklet of the E-FRAME Project, June 2011.
33. ISO 24531:2007 Intelligent transport systems -- System architecture, taxonomy and terminology -- Using XML in ITS standards, data registries and data dictionaries.
