Интеллектуальные транспортные системы являются местом соприкосновения автотранспортной индустрии и индустрии информационных технологий и базируются на двух «китах» – моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков .
Определение ИТС дает нам представление о главных целях:
- Информативность и безопасность;
- Качественно новый уровень информационного взаимодействия участников дорожного движения
Западный инженер мыслит функциями, он в первую очередь сосредоточен на том, что должна делать система. В нашем же мышлении «зашито» объектное представление о мире, нам важны реальные объекты, то есть, мы думаем прежде всего о том, как будет работать система. Это различие не столь неуловимо, как может показаться с первого взгляда.
Приведу пример. Слово «сервер» для западного инженера обозначает нечто, предоставляющее услуги, сервис. То есть, функцию. Для нашего инженера «сервер» в первую очередь это железный ящик с лампочками, то есть, объект. Для придания смысла нам приходится использовать разнообразные костыли: «серверное приложение», «почтовый сервер», «сервер очередей» и т.п. И все равно, даже с костылями нам приходится нелегко – при словах «почтовый сервер» нам все равно представляется ящик с лампочками, который отправляет почту.
Все это совсем не шутки. Мыслить объектами реального мира, конечно, можно. Но это привилегия высочайших профессионалов , которые столь виртуозно владеют функциональной декомпозицией, что стороннему наблюдателю это становится незаметно. Глядя на жонглеров в цирке тоже может показаться, что подбрасывать и ловить предметы легко и просто. Но только полные идиоты могут искренне считать, что они могут повторить трюки жонглера без обучения и тренировки. К сожалению, то, что всем очевидно в цирке, далеко не всем очевидно в технологиях.
Здесь ИТС бессильны (фото из личной мобилки)
Одной из самых болезненных проблем в проектировании информационных систем у нас является доминирование объектов и инструментов над функциональностью. Многие заказчики искренне считают, что информационные системы решают проблемы. Тогда как на самом деле информационные системы позволяют решать проблемы. Мы говорим «электродрель сверлит дыру». А на самом деле «электродрель позволяет просверлить дыру». Попадая в смысловую ловушку, мы подсознательно уверены, что покупка электродрели равна дыре в стене. А потом выясняется, что нужно уметь пользоваться дрелью, что для дрели нужно электричество, что нужно закаленное сверло определенного диаметра, что будет шум и пыль и т.д. И если в примере с дрелью мы примерно представляем себе процесс работы и можем догадаться о том, что необходимо еще кроме покупки инструмента, то в случае более сложных систем мы можем пребывать в сладкой иллюзии до самого конца проекта.
Вернемся теперь к определению ИТС и рассмотрим его в новом свете. ИТС, повторюсь, базируется на моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков. «Наш человек», прочитав определение, тут же делает вывод о том, что ему нужны:
- Система для транспортного моделирования;
- Средства регулирования транспортных потоков.
Есть теперь у нас ИТС? Наш человек однозначно ответит «да». Западный человек однозначно ответит «нет». Потому что наш человек оценивает наличие оборудования, а западный человек оценивает выполнение соответствующих функций.
Спросите нашего человека, каким именно образом закупленное им оборудование будет способствовать достижению целей (см. определение ИТС): повышать информативность, безопасность и улучшать информационное взаимодействие? Скорее всего, ответа не будет. Потому что ответ лежит в области функциональной декомпозиции, позволяющей перейти от поставленных целей к функциям будущих систем, попутно цепляя все необходимое из смежных областей.
Вопрос о применении тех или иных элементов ИТС в городе тесно связан с пониманием того, как именно мы планируем достичь целей. И переходить к техническим характеристикам оборудования нужно только после того, как мы определим основные пути решения задач.
ТРАНСПОРТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Снова возвращаясь к определению ИТС, читаем, что ИТС "это интеллектуальная система, использующая инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков ".Под словами «инновационные разработки в моделировании транспортных систем» может скрываться все что угодно, но если опираться на логику и технические знания, можно предположить, о чем идет речь.
Любая автоматизированная система управления, к которой в полной мере относится ИТС, делает одну простую вещь: она собирает информацию об объекте управления, анализирует ее и оказывает на этот объект прямое или косвенное управляющее воздействие.
Объектом управления для ИТС являются транспортные потоки. Источником информации об объекте управления являются датчики и детекторы на дороге, смежные информационные системы и ввод данных оператором.
А вот для анализа информации об объекте управления необходимо заложить в систему некое представление об этом объекте, которое и называется моделью . Детальность и точность модели определяется исключительно задачами, стоящими перед ИТС.
Транспортные модели делятся на математические и имитационные . Первые оперируют известными законами движения транспорта, представленными в виде формул, систем уравнений и т.п. Вторые имитируют движение отдельных транспортных средств, поведение водителей, работу светофоров и т.п. На практике же чаще применяется некая смесь математических и имитационных моделей.
Например, системы транспортного моделирования на макро уровне (страна, город, микрорайон) оперируют демографическими данными, понятиями «граф дорог», «зона притяжения», «транспортный спрос и предложение». В них заложены данные о проценте использования автомобилей населением, о пропускной способности улиц, о количестве парковочных мест у торговых центров. Макро-модель использует в основном математические методы моделирования и пытается ответить на вопросы: «а зачем и куда все едут?», «а хватит ли пропускной способности улиц, чтобы всех обслужить?», «а что будет, если эту улицу перекрыть?» и т.п.
Пример интерфейса программного пакета для макро-моделирования PTV Visum ()
Микро-модели оперируют конкретными объектами из «реального мира» – регулируемый перекресток, транспортная развязка, сеть улиц, автомобиль. При этом микро-модель «знает» о количестве полос движения, о наличии подъемов/спусков, о характеристиках двигателей автомобилей (как быстро они могут тронуться), о правилах движения и остановки. Чтобы микро-модель заработала на полную мощность, ей на вход необходимо подать информацию из макро-модели: количество и состав транспортных средств в определенные моменты времени (сколько легковых и сколько грузовых машин, сколько автобусов, трамваев и т.п.), особенности поведения водителей (часто ли перестраиваются, как часто следуют указаниям знаков и табло, соблюдают ли правила парковки). Если данные макро-уровня верны, микро-уровень позволяет с высокой точностью имитировать реальный транспортный поток.
Пример интерфейса программного пакета для микро-моделирования Aimsun ()
Основным назначением транспортных моделей является проведение экспериментов . Мы можем проверить, как те или иные изменения в организации движения отразятся на трафике. Мы можем настроить светофоры, принять решения о расширении улицы, о запрете или разрешении поворотов, об организации одностороннего движения. Модель поможет разработать временные планы организации движения на период проведения крупных мероприятий – соревнований, уличных парадов и т.п. На уровне города транспортное моделирование позволит принять решение о последствиях для транспортной обстановки строительства очередного торгового центра или нового микрорайона. Другими словами, транспортная модель – незаменимое средство по благоустройству города без тяжких последствий.
Чем точнее модель, тем больше разнообразной информации она хранит. Поддерживать модель в актуальном состоянии означает отражать в ней все изменения реального мира – перекрытия движения, ремонты дорог, появление новых дорог, светофоров, полос движения, жилых районов, школ, офисов и торговых площадей. Поддержание модели в актуальном состоянии – это трудоемкий и ответственный процесс, предъявляющий высокие требования к квалификации персонала, к организации внутренних процессов, к качеству и стабильности информационных каналов.
Согласитесь, мало кто у нас изначально задумывается над тем, что же действительно стоит за словами инновационные разработки в моделировании транспортных систем . Ведь организовать подобного уровня процесс, обучить людей, оплачивать их труд, договориться о предоставлении качественных исходных данных с разными ведомствами равносильно гражданскому подвигу в нашей стране! И это уж точно не то же самое, что покупка и инсталляция на компьютер системы моделирования.
ФУНКЦИИ ИТС
Когда мы разобрались с моделированием и моделями, можно переходить к функциям ИТС.Вообще говоря, необходимость в ИТС при подобной постановке вопроса совсем не очевидна. Вполне вероятно, что большинство проблем удастся решить грамотным использованием имеющихся технических средств организации движения. Но когда имеющихся технических средств недостаточно, встает вопрос об использовании ИТС.
Не будем отходить от определения ИТС, и вспомним, что ИТС это не только "инновационные средства регулирования ", но еще и система, "предоставляющая конечным потребителям большую информативность и безопасность ".
Под «инновационными средствами регулирования» в условиях города понимают чаще всего сетевое координированное управление светофорами (так называемые «умные светофоры») и размещение цифровых информационных табло на развилках.
Также к средствам информирования относятся интернет-сайты для планирования поездок (наподобие известного сервиса Яндекс-пробки) и сервисы информационной поддержки водителей во время путешествия (разнообразные навигационные сервисы). Все это на самом деле тоже подсистемы ИТС, и в западных странах они являются частью единого информационного пространства.
Об «умных светофорах» я уже как-то писал на Хабре (ссылка), здесь же ограничимся быстрым пунктиром. Объединение светофоров в сеть само по себе очевидно и полезно, учитывая дешевизну электроники в наше время. При наличии системы уличного видеонаблюдения это позволит как минимум регулировать светофоры вручную, сидя в теплом офисе, а не стоя на грязной обочине с пультом.
Светофоры «умнеют» если перекресток снабжают системой детекторов транспорта, а в центре начинает работать специальный алгоритм. Необходимость в «умном» светофоре, а также настройки алгоритма управления определяют при помощи транспортной модели и специального «светофорного» модуля, позволяющего рассчитать начальные параметры цикла регулирования и определить границы автоматического управления.
Пример интерфейса программного пакета для конфигурирования «умных» светофоров TRANSYT (источник - «TRANSYT 14 User Guide»)
Точно так же определяется место установки цифровых табло и информация, которая на них будет выводиться в том или ином случае.
Очевидно, что элементы ИТС, устанавливаемые на городских улицах, должны заноситься в модель, и модель должна «знать» об алгоритмах работы адаптивных светофоров, табло и т.п. Например, для табло, рекомендующего выбирать для движения улицу А, а не улицу Б, в модели действует правило, что 80% автомобилистов последуют совету, а 20% традиционно проигнорируют, что тут же отразится на транспортных потоках. Современные системы моделирования умеют имитировать показания детекторов, размещаемых на виртуальных улицах, воздействие электронных табло и переменных знаков скоростных ограничений на транспортные потоки, позволяют создавать сложные управляющие сценарии в виде, пригодном для использования в ИТС. Пример сценария реагирования для ИТС: «Если детектор Х зафиксирует плотность потока 70%, то вывести на табло Y надпись M включить на светофоре Z режим N».
Управляющих сценариев может быть несколько сотен, при этом система транспортного моделирования может позволять автоматизировать процесс их генерации.
То есть, ИТС это не только оборудование на столбах и центр управления с громадным экраном. ИТС это в первую очередь интеллект – управляющие алгоритмы на основе моделирования реальных транспортных ситуации, а также процессы их составления, тестирования и внедрения.
Во второй половине прошлого века к профессиональным специалистам стало приходить понимание и осознание того, что потенциальные возможности индустриальной экономики практически исчерпали себя для роста экономической эффективности. В это время стали формироваться, развиваться и распространяться способы, методы, технологии, элементы и системы интеллектуальной экономики. Данное обстоятельство привело к появлению и развитию интеллектуального менеджмента, маркетинга, логистики и других концепций управления, как показывают анализы данных статистики и тематики научных школ . Международная, трансграничная и национальная логистики становятся постепенно интеллектуальными и требуют формирования понятия, миссии, целей задач, функций, интегральной логики, принципов и методов, стратегии и тактики интеллектуальных логистических систем. А также непосредственного участия всех структурных элементов в эволюции цепей поставок в международной логистике, использования современных инновационныхи информационных технологий в логистике. Интеллектуальная транспортная логистическая система является основной частью интеллектуально логистики. Интеллектуальная транспортная система (ИТС, англ. Intelligenttransportationsystem) - это такая интеллектуальная система, которая использует инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков, предоставляющая конечным потребителям большую информативность и безопасность, а также качественно повышающая уровень взаимодействия участников движения по сравнению с обычными транспортными системами. История создания и развития ИТС берет своё начало в 1980 -х годах в таких странах, как США, Япония, а также страны Европы. На сегодняшний вместе с Японией самыми передовыми технологиями в области ИТС выступают на мировом уровне Сингапур и Южная Корея. Интерес к изучению и внедрению ИТС связан с возникновением проблемы дорожных заторов, следовательно, возникла необходимость в объединении современных технологий моделирования, управления в реальном времени, а также коммуникационных технологий. Дорожные заторы - результат увеличивающейся автомобилизации, урбанизации, а также как роста населения, так и увеличивающейся плотности заселения территории. Они уменьшают эффективность дорожно-транспортной инфраструктуры, увеличивают время пути, расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды. Последняя деятельность правительства в области ИТС дополнительно мотивируется увеличением внимания к внутренней безопасности, так как многие из предложенных систем ИТС также включают наблюдение за дорогами, что является приоритетом национальной безопасности. Главный фактор внедрения ИТС - участие государства очень важно для создания всех условий для формирования единой ИТС. Государство может обеспечить: все условия для разработки единой национальной информационной и коммуникационной базы сбора данных и оповещения, безопасность этих данных для их использования, поддержку, то есть финансирование и продвижение исследований в области новейших технологий в этой сфере. Например, в Европейском Союзе благодаря участию государств при разработке единой ИТС было проведены следующие мероприятия: анализ транспортных сетей, автоматическое определение мест дорожно-транспортных происшествий, информирование граждан благодаря специальным навигационным системам о состоянии дорожного движения. Зарубежный опыт внедрения ИТС. Сингапур. В Сингапуре на дорогах присутствуют детекторы транспорта, которые стоят на каждых 500 метрах, а также видеокамеры - на каждом километре трасс, причём ими оборудован каждый светофор и городские автобусы. Также каждое такси оборудовано транспондерами - приборами, которые позволяют отслеживать нахождение машины и её скорость. Вся информация, полученная с этих средств, собирается единым центром управления дорожного движения. Также зелёный свет на зебре включается нажатием кнопки на светофоре (GREEN LINK DETERMINING (GLIDE) SYSTEM) , а пожилые люди или инвалиды могут приложить к ней свою специальную смарт-карту, что увеличит время перехода на противоположную сторону (GREEN MAN +) . В Сингапуре действует планировщик поездок, который базируется на такси, потому что все машины имеют GPS-датчики, которые собирают и направляют информацию о перемещениях в диспетчерскую. С помощью этих данных вычисляется средняя скорость движения по основным автомагистралям, и планировщик корректирует выдаваемую информацию. Также существует программа камер J-Eye, установленных в Сингапуре, с помощью которой можно отслеживать пробки и автомобили, которые припаркованы с нарушением правил дорожного движения . Активно используются радиоканалы, по которым передаются сводки о загруженности ключевых дорог и развязок. В часы пик информирование граждан учащается. Такой же пример оповещения водителей можно встретить в Сеуле (Республика Корея), но в отличие от Сингапура, такой вид уведомления в этом городе действует на государственном уровне, то есть на государственном радиоканале. Также в Сингапуре, как и в Сеуле и Гонконге, можно следить за движением транспорта в режиме онлайн. Япония. В Японии около трасс располагаются фиксированные приборы и датчики движения, которые помогают собирать информацию о ситуациях на автомагистралях в Информационный центр Дорожного движения, через который собранные и отредактированные данные о дорожных пробках, ДТП или ремонтных работах передаются на навигационные системы транспортных средств пользователей. Также очень важна информация от самих участников дорожного движения, которые могут её отправлять через свои мобильные устройства . В Японии также действует система мониторинга местоположения автобусов, но эта система не так популярна, так как этот вид транспорта пользуется низким спросом у горожан. Основа ИТС Японии - система автомобильной информации и связи (VICS), на базе которой делают навигаторы для машины и через которую можно получить GPS-данные о загруженности дорог и объездных путях. Данные передаются с специальных придорожных передатчиков и маяков, которые и установили ещё в 1995 году. Соединенные Штаты Америки. США используют стандарт DSRC(перев. Выделенные связи малой дальности), продвигаемый американской общественной организацией интеллектуального транспорта и департаментом транспорта США . DSRC-односторонний или двусторонний беспроводной канал связи, а также набор протоколов и стандартов, который специально предназначен для автомобильного использования. Эта система позволяет осуществлять аварийные предупреждения для автомобилистов, адаптивный круиз-контроль, предупреждение о лобовом столкновении, осмотр транспортного средства безопасности, электронные платежи парковки, электронный сбор пошлин, сбор данных датчиков, предупреждение о возможности перевернуться, коммерческое оформление и безопасность инспекционных транспортных средств. В городе Бостоне можно увидеть противопожарные датчики и детекторы загрязнения воздуха, которые находятся на протяжении в Десятиполосного Большого бостонского тоннеля, так как в тоннелях сложно зафиксировать с камер наблюдения различные возгорания или технические неполадки, где они предоставляют наибольшую опасность. Китай. В Китае в Гонконге существует единая система проезда Octopus (такие же встречаются в Республике Корея - T-Money), с помощью которой можно оплачивать проезд на всех видах общественного транспорта, парковку, а также как приятный бонус - мелкие покупки в супермаркетах и билеты в кино . Также в Гонконге действует единая система управления светофорами, которая управляет транспортные и пешеходные светофоры с помощью сенсорных проводов, расположенных под асфальтом. Эти провода определяют количество скопившихся на дороге машин, поэтому зелёный свет начинает гореть дольше на том направлении, на котором стоит большее число машин. Зачастую из нескольких близко расположенных дорог делают «зелёную» зону (улицу), чтобы поток, пройдя один перекрёсток, не задерживался на другом. Каждый водитель может приобрести специальную электронную программу, содержащую интерактивную карту дорог (RoadNetworkData) со всеми уличными знаками и специальными сигналами (DigitizedTrafficAidsDrawings), а также статистическими данными о пробках (TrafficCensusData). Обновления этой программы выходят регулярно. В Гонконге, как и в Нью-Йорке на транспортном узле Ла Гуардия, дорожные знаки оснащены светодиодами, которые лучше видно в темноте, а также они существенно экономят электричество. В зависимости от времени суток и загруженности определённого участка дороги включаются разные по цвету индикаторы. Австралия. В городе Брисбене существует полезная функция для водителей - система помощи при парковке. Суть заключается в специальных мониторах, на которых транслируется информация о свободных местах, а также около 10 адресов ближайших парковок. Эта компьютерная система действует благодаря системе Wi-Fi. Через город Брисбен проходит многополосное шоссе до аэропорта Квинсленда. Вдоль полос шоссе установлены специальные камеры, которые фотографируют номер машины, далее происходит идентификация владельца, с кредитной карты которого списывается необходимая плата за проезд. Это помогает избежать многокилометровых пробок. К сожалению, развитие ИТС в России, по мнению автора, осуществляется медленными темпами.
В настоящее время отсутствует единообразное понимание термина "интеллектуальные транспортные системы".
Диапазон смешения понятий крайне широк - от отождествления с автоматизированными системами управления (АСУ) до глобального объединения информационных баз данных транспортного комплекса по всей стране и автоматической системы на основе искусственного интеллекта.
Представляется, что обобщающим может быть следующее определение:
ИТС - система, интегрирующая современные информационные, коммуникационные и телематические технологии, технологии управления и предназначенная для автоматизированного поиска и принятия к реализации максимально эффективных сценариев управления транспортной системой региона, конкретным транспортным средством или группой транспортных средств в целях обеспечения заданной мобильности населения, максимизации показателей использования дорожной сети и транспортной инфраструктуры, повышения безопасности и эффективности транспортного процесса, комфортности для водителей и пользователей транспорта.
Глобальная цель ИТС - создание системы мониторинга и управления транспортной системой в режиме реального времени для повышения качества транспортных услуг, снижения транспортных затрат, улучшения экологии и безопасности.
Цели ИТС:
повышение уровня безопасности движения;
повышение пропускной способности и провозной возможности транспортной инфраструктуры;
обеспечение высокого качества транспортного обслуживания всех пользователей;
снижение вредного воздействия транспортного комплекса на экосистему;
повышение качества планирования и управления в области транспортного комплекса и транспортной инфраструктуры;
поддержание в надлежащем состоянии транспортной сети.
Задачи развития ИТС:
обеспечение динамичного развития торгово-транспортных узлов и интермодальных перевозок грузов;
снижение издержек и увеличение скорости сообщения на всех видах транспорта на основе создания системы управления транспортными потоками в реальном масштабе времени;
сокращение количества и тяжести аварий и дорожно-транспортных происшествий;
обеспечение безопасности объектов транспортной инфраструктуры;
обеспечение оперативного автоматизированного контроля движения транспорта и оперативного управления им;
повышение информированности участников дорожного движения;
уменьшение массы выбросов вредных веществ;
развитие систем электронных платежей на транспорте.
Приоритетные подсистемы ИТС:
- 1. Мониторинг параметров транспортных потоков (обеспечение отслеживания изменения транспортных потоков на всех перегонах и на всех развязках, создание постоянно действующей транспортной модели, работающей в режиме реального времени) и т.д.
- 2. Видеонаблюдение (полное видеопокрытие сети, создание единой системы предоставления онлайн-видеоинформации, обеспечивающей оповещение дежурных служб).
- 3. Выявление инцидентов (покрытие подсистемой развязок, мостовых сооружений, мест концентрации дорожно-транспортных происшествий (ДТП).
- 4. Метеомониторинг (управление информацией о погоде на дорогах, в том числе прогнозирование погоды на дорогах, создание единой системы метеомониторинга с метеослужбами).
- 5. Информирование участников дорожного движения (предварительное информирование, информирование в процессе движения).
- 6. Управление движением (внедрение ситуационного управления дорожным движением, обеспечение координации между управлением движением на скоростных автомагистралях и управлением уличным движением).
- 7. Весогабаритный контроль (внедрение единой системы весогабаритного контроля на всех автомобильных дорогах).
- 8. Мониторинг работы дорожной техники (внедрение единой системы мониторинга дорожной техники).
- 9. Связь и передача данных (надежная и качественная связь, позволяющая обеспечивать функционирование комплекса сервисных услуг для всех участников дорожного движения).
Базовые критерии оценки эффективности реализации функций ИТС:
сокращение времени пребывания пассажиров в пути (снижение затрат времени пользователей наземного транспорта за счет сокращения средней продолжительности поездки, увеличения скорости доставки);
снижение себестоимости перевозок (снижение расхода топлива и износа транспортных средств за счет сокращения продолжительности и числа заторов, возможности заранее спланировать маршрут поездки);
снижение экологической нагрузки (уменьшение бросовой транспортной работы).
ИТС - это большой комплекс сервисных услуг, предоставляемых пользователям. Набор этих услуг может формироваться и расширяться в зависимости от поставленных целей в рамках, определяемых национальными стандартами ИТС. В ином случае гарантировано получение локальных подсистем, не сопрягающихся ни между собой, ни с системой в целом.
Формирование инновационных технологий ИТС основывается, прежде всего, на принципе модернизации, реинжиниринга действующей транспортной инфраструктуры. При масштабах транспортных систем и множестве технологий этот процесс не может затронуть все подсистемы и элементы одновременно. Отсюда следуют важные принципы поэтапного развития и модульности создания ИТС.
Идея ИТС в глобальном масштабе во многом реализована в гражданской авиации. Благодаря стандартам и руководящим документам ИКАО управление международными полетами, работой аэропортов и обслуживанием пассажиров с использованием информационных и коммуникационных технологий в концептуальном и технологическом плане гармонизированы. Все воздушные суда имеют средства связи, автономную спутниковую навигацию, системы автоматического пилотирования, предотвращения столкновений в воздухе, управления посадкой и др. Наземные службы располагают технологиями постоянного контроля и управления в условиях плотного и эшелонированного воздушного движения.
Сфера продвижения ИТС в мировой практике варьируется от решения задач в интересах общественного транспорта, существенного повышения безопасности дорожного движения, ликвидации заторов в транспортных сетях, повышения производительности интермодальной транспортной системы (включая автомобильный, железнодорожный, воздушный и морской транспорт) до экологических и энергетических проблем.
ИТС как сервисная система, классифицируя получателей услуг, определяет пять типов пользователей ИТС:
участники дорожного движения;
пассажиры общественного транспорта;
перевозчики грузов и пассажиров;
транспортные операторы и службы эксплуатации транспортной инфраструктуры;
службы экстренной помощи (МЧС, МВД, скорая помощь и т.п.).
Наиболее активно развиваются такие базовые технологии ИТС для транспортной инфраструктуры и транспортных средств, как:
борьба с задержками транспортных средств и заторами в транспортных сетях;
повышение производительности интермодальной транспортной системы;
существенное повышение безопасности дорожного движения.
Второе направление развития ИТС, которое активно продвигается последние 15 лет в Европе, США, Японии, Южной Корее, - это реализация концепции "интеллектуального автомобиля".
Под термином "бортовые интеллектуальные системы" в Европейской экономической комисии ООН понимают системы, установленные на автомобиле в целях повышения его безопасности и использующие информацию, которая поступает как непосредственно от бортовых датчиков автомобиля, так и от дорожной инфраструктуры или других источников.
В настоящее время находятся в продаже или проходят полигонные испытания более десяти типов бортовых ИТС:
система поддержания дистанции в плотном транспортном потоке;
система удержания автомобиля на полосе;
система оповещения об усталости (дремоте) водителя;
система предотвращения боковых столкновений;
система удержания автомобиля при движении по кривой;
система обнаружения мотоциклистов и др.
Бортовые ИТС реализуют как минимум четыре функции:
оказание помощи водителю в предвидении дорожной обстановки;
побуждение водителя к действиям по предотвращению опасной ситуации;
снижение утомляемости водителя с перераспределением части нагрузки по управлению автомобилем на ИБС;
автоматическое переключение управления на ИБС, в случае если водитель самостоятельно не смог выполнить необходимые действия по предотвращению ДТП, либо снижение тяжести последствий ДТП.
Уже первые опыты использования бортовых интеллектуальных систем показали, что они способны уменьшить число ДТП на 40 %, а число ДТП со смертельным исходом - на 50 %. Сегодня в Японии ИТС-оборудование устанавливается штатное на всех автомобилях высокого и среднего класса.
Необходимо разработать единый подход к оценке безопасности бортовых ИТС, на основе которого в дальнейшем будут установлены обязательные технические требования к ним. Эта задача решается в рамках ЕЭК ООН, где осуществляется разработка технических требований и объединены усилия представителей органов государственной власти стран, подписавших международные соглашения в сфере безопасности автотранспортных средств. В этом же направлении работает международная программа "Транспортные средства повышенной безопасности", осуществляемая правительствами ряда государств.
3. Современные тенденции развития интеллектуальных транспортных систем в мире
В условиях современной мировой экономики ни одна отрасль, включая и транспорт, не может успешно развиваться без концептуального определения политики, стратегических целей и приоритетов, выбора средств их достижения с учетом эффективного использование наличных ресурсов.
Проблема развития ИТС приобрела стратегический характер и не реализуема без непосредственного участия государства. Отсутствие системной работы в данном направлении в конечном итоге блокирует развитие рынка ИТС, останавливая его на уровне оказания коммерческих услуг с использованием локальных компонентов ИТС. Опыт стран Евросоюза, США, Японии, Китая и других государств в продвижении проектов ИТС показывает, что в условиях рыночной экономики только единая государственная политика позволяет объединить усилия государства, бизнеса всех уровней и секторов экономики в решении общенациональных задач в транспортном комплексе.
При этом необходимо отметить, что степень и сроки реализации целей научно-технологического развития, а также сама возможность достижения стратегических целей ИТС определяющим образом зависят от достижения конструктивного консенсуса государства, бизнеса и науки.
Многие технологии ИТС первоначально были разработаны в США, но институциональные, организационные и политические препятствия позволили взять на себя инициативу другим странам.
США по многим направлениям отстают от мировых лидеров в совокупности развертывания ИТС, в частности в предоставлении информации о движении в режиме реального времени, интеграции транспортного средства с транспортной инфраструктурой, принятии компьютеризированных дорожных сигналов и максимальном повышении эффективности систем ИТС. Такой вывод сделан в докладе Вашингтонского аналитического центра Фонда информационных технологий и инноваций, опубликованном Национальной академией наук в июне 2010 года. Это расценивается как результат излишней ориентированности на то, что "частный сектор может разрабатывать и развертывать ИТС-технологии сам по себе, когда на межштатном уровне действует принцип «у каждого государства свой подход".
Переплетение местной и корпоративной ответственности за управление на дорогах США - препятствие, с которым на определенном этапе сталкивался Европейский союз и в ближайшей перспективе столкнутся государства Содружества.
В 2008 году Комиссия Европейского союза приняла План действий ускоренного развертывания ИТС в Европе и координации ИТС на автомобильном транспорте с другими видами транспорта. На тот момент Комиссия ЕС констатировала, что в этой сфере "услуги развернуты на фрагментарной основе, что привело к лоскутному одеялу из национальных, региональных и местных решений без четкого согласования, ставя под угрозу целостность единого рынка". Приводился пример, когда водитель грузовика, передвигающегося внутри европейской сети автомагистралей, должен был иметь не только аппаратуру GSM и системы навигации на борту, но и до трех и более различных электронных устройств систем оплаты в государствах - членах ЕС, границы которых он пересекает.
7 июля 2010 года Европейский парламент и Совет Европы приняли новую правовую основу - Директиву 2010/40/EU, устанавливающую единые условия и стандарты для всех государств - членов ЕС. Комиссии ЕС поручено провести проверку соответствия существующих систем. Для гарантии скоординированной деятельности ИТС Евросоюз ввел условия, стандарты и спецификации, которыми будут руководствоваться все государства - члены ЕС.
Директива выделяет четыре приоритетных направления развития ИТС:
1. Оптимальное использование дорог и информации о дорожном движении.
В современном мире производство и распределение товаров во многом зависит от организации эффективных и экономичных логистических цепочек транспортировки грузов на территории ЕС и за его пределами точно в срок, особенно в части доставки товаров.
Инструменты ИТС являются основным средством поддержки эффективного управления логистическими цепочками в реальном времени, в частности, путем обмена электронными данными между государственными органами и заинтересованными сторонами при пересечении границ.
2. Непрерывность управления дорожным движением и грузовыми перевозками на европейских транспортных коридорах и в городских агломерациях.
Технологии ИТС имеют большое значение для развития логистики грузовых перевозок, предусматривающей предоставление в реальном масштабе времени информации о местонахождении и состоянии перевозимых грузов (особенно опасных грузов и животных).
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.
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 }
Loading...