Архитектура транспортной телематики

Архитектуру транспортной телематической системы можно разделить на:

опорную, которая определяет основные исполнительные элементы и процессы в транспортной системе, важные подсистемы, определяет основные целевые характеристики системы и ее связь с окружающей средой;

• функциональную, которая определяет отдельные функции элементов, модулей и подсистемы, включая связи между ними, в результате чего она дает возможность создавать приложения;
• информационную, которая определяет принципы формирования структуры соответствующей информационной подсистемы, включая требования к размещению, кодированию и передаче информации;
• физическую, которая определяет физические устройства, которые исполняют отдельные функции так, чтобы было обеспечено функционирование приложений, т.е. установление связей отдельных элементов, модулей и подсистем в функциональной архитектуре с соответствующими физическими устройствами (объектами);
• коммуникационную, которая описывает передачу информации в рамках системы в соответствии с физической архитектурой;
• организационную, которая устанавливает принципы создания структуры и присвоение функций (так называемое воздействие) отдельным активным гуманитарным компонентам системы (или уровням управления).

Следует обратить внимание на то, что приведенная  выше терминология соответствует европейскому пониманию транспортной телематики, которая была определена в проектах KAREN и CONVERGE [1], [2]. Транспортная телематика, например, в США, объединяет функциональную и информационную архитектуру в понятие «логическая архитектура», а физическую и коммуникационную архитектуру обозначает однозначно как «физический слой», который далее делится на транспортную и коммуникационную подсистемы [3].

Функциональная  архитектура

Функциональная  архитектура определяет функции  отдельных элементов, модулей и подсистем системы, включая связи между ними, и, следовательно, дает возможность реализовать различные виды приложений. Функциональная архитектура исходит из спроса потребителей транспортной телематики, определяет преимущества и тенденции развития. Составной частью функциональной архитектуры является нахождение гармонии между отдельными участниками транспортной телематики (инвесторы, руководители транспортной инфраструктуры, диспетчерская служба транспорта и т.д.) и согласование их стратегических планов в области транспортной телематики. В данной области нередко исходят из частных интересов отдельных групп с целью более объективного учета этих интересов и нахождения компромиссных решений, которые ведут к реальному улучшению мобильности людей и товаров. Функциональная архитектура описывает различные приложения транспортной телематики так, чтобы классификация была как можно более понятной и наглядной.

Информационная архитектура

Вышеуказанная функциональная архитектура определяет отдельные элементы транспортной телематики и основные функции транспортно-телематической системы. Отдельные подсистемы содержат ряд процессов, из которых складываются, так называемые телематические приложения. Составной частью информационной архитектуры является точное определение описания информационных процессов во всех телематических приложениях, включая требования к входной и выходной информации. Информационная архитектура располагает отдельными функциями и макрофункциями в слоях телематической системы. Последнее означает, что телематические приложения будут распространены в нескольких слоях, причем в каждом слое могут протекать частные процессы так, чтобы данные приложения работали оптимально с технической и экономической точек зрения.

Иерархическая структура транспоргной телематики

Отдельные приложения транспортной телематики располагаются  в нескольких слоях телематической системы. Иерархическая структура системы является основной предпосылкой оптимальной архитектуры с точки зрения пространственной и ценовой оптимизации. Поэтому следует искать единую модель иерархической структуры, которая будет учитывать различные требования к защищенности, надежности и доступности сбора, передачи и обработки информации.

На  рис. 1.1 показана основная схема иерархической структуры транспортной телематической системы. Первый слой представляет собой самый низкий уровень системы, которая образована как детекторами, так и исполнительными элементами и в нем проводится как сбор данных, так и действия по управлению. Второй слой характеризует оперативное управление небольшими участками транспортных сетей, отдельных терминалов или транспортных средств. Третий слой характеризует всю транспортную сеть больших участков и, в большинстве случаев, речь идет об обработке, унификации и извлечении информации из подсистем второго слоя. Четвертый слой отражает государственную транспортную политику и ее необходимых частей, как например, создание фонда развития транспорта, финансирование транспортной инфраструктуры, нагрузка транспортной инфраструктуры, оценка потерь от происшествий, статистическая обработка данных и т.д. Транспортную телематику можно понимать как источник информации для определения этих параметров. Пятый слой представляет европейский уровень и транспортную политику стран-членов Европейского Союза.

Рис. 1.1      Иерархическая структура информационной архитектуры транспортной телематической системы

Каждый слой, естественно, можно разделить на потребителей (перевозчик, пассажир, водитель и т.д.) и инфраструктуру. Иерархическая структура транспортной телематики одинакова как для потребителей, так и для инфраструктуры.

Коммуникационная  среда между первым и вторым слоями предъявляет самые жесткие требования к защите, надежности и доступности  передачи информации. Одновременно данная среда должна отвечать и другим требованиям, которые, в большинстве случаев, ведут к решению создать собственную коммуникационную среду. В первом коммуникационном слое передается наибольшее количество данных.

По  мере продвижения в верхние слои уменьшаются объемы передаваемых данных и снижаются требования к параметрам передачи. Для более высоких коммуникационных слоев, в основном, можно использовать услуги существующих телекоммуникационных организаций.

При описании отдельных  слоев транспортной телематической системы следует подчеркнуть, что максимально поддерживается коммуникация между отдельными слоями и минимально - коммуникация между отдаленными слоями. Этот принцип «преимущества локального взаимодействия» известен из телекоммуникационной техники и приводит к обеспечению выгодной структуры информационных потоков (коммуникаций) отдельных процессов данного телематического приложения.

Первый слой транспортной телематической системы

В этом слое собираются статические и динамические данные о транспортно-эксплуатационных качествах пути, транспортных средствах и транспортных терминалах. Характерным для этого слоя, кроме сбора данных, является осуществление управления с помощью исполнительных элементов. На автомобильном транспорте речь идет, в частности, о следующих приложениях:

• сбор данных о транспортно-эксплуатационном состоянии автомобильной дороги (интенсивность и состав движения, плотность и скорость движения, метеорологические данные и т.д.);
• сбор данных о транспортных средствах (слежение за опасным грузом, мониторинг угнанных автомобилей, автоматическое оповещение о дорожно-транспортных происшествиях и т.д.);
• сбор данных о транспортных терминалах (занятость парковок, состояние логистических центров и т.д.);
• состояние и изменение исполнительных элементов (изменение состояния управляемых дорожных знаков, изменение состояния светофоров и т.д.).

 Второй слой транспортной телематической системы

К данному  слою относится, главным образом, большое  количество региональных систем управления, которые осуществляют независимое управление на небольших участках транспортных систем. В области автомобильного транспорта к этому слою относятся, в первую очередь, центры управления работой транспорта городов, центры управления тоннелями, центры управления движением через государственные границы, системы управления отдельными участками автомагистралей и т.д. Всегда речь идет о точно определенной области, которая в большинстве случаев характеризуется единым подходом к управлению.

В области  общественного транспорта речь идет, в основном, о системах управления движением автобусов и трамваев, о системах управления метро и т.д.

 Третий слой транспортной телематической системы

Данный слой объединяет системы управления второго  слоя и включает центры управления крупными транспортными системами. В области автомобильного транспорта речь идет, в большинстве случаев, о центрах управления движением городов, системах управления движением на сети автомагистралей, системах управления тоннелями и т.д.

В общественном транспорте в большинстве случаев  речь идет о центрах управления работой городского пассажирского транспорта.

   Четвертый слой транспортной телематической системы

Четвертый слой является самым высоким звеном отдельных видов транспорта на национальном и региональном уровнях и служит для внедрения транспортной политики государства в связи с международным транспортом и его юридических, технико-управленческих и рабочих систем, как например, электронные цифровые карты автомобильных дорог, массивы информации для пользователей дорог, системы распространения информации и их международной передачи. Можно сказать, что этот слой интегрирует политическое, социальное и экономическое планирование транспорта всех заинтересованных субъектов. Он отличается, в первую очередь, сбором статистических данных о транспортной системе и служит для оценки основных параметров функционирования транспорта на соответствующем уровне. Результатом оценки качественных характеристик работы транспортной системы на национальном уровне является и определение размера финансирования отдельных видов общественного транспорта из государственного транспортного фонда. Данный слой должен стать составной частью государственной информационной системы страны и данные, которые он предоставляет, должны использоваться и остальными государственными организациями.

Пятый слой транспортной телематической системы

Для полноты  следует отметить, что пятый слой является звеном европейской транспортной политики и служит для ее активной поддержки. На основании сбора данных из отдельных регионов решаются вопросы капитальных вложений в транспорт на уровне ЕС.

^{Физическая и  коммуникационная архитектура}

Физическая  архитектура определяет точные 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 физическое решение аппаратных средств и программное обеспечение транспортной телематической системы. Критерием для принятия решений является функциональность, безопасность, надежность и, не в последнюю очередь, общие расходы, связанные с приобретением и эксплуатацией системы. Физическая и коммуникационная архитектуры специально объединены в один общий раздел.

Вообще говоря, физическая архитектура первого слоя дана выбором датчиков и исполнительных элементов. Между первым и вторым слоем осуществляется передача самых важных данных, которые в большинстве случаев тесно связаны с безопасностью и управлением транспортом. Передача между первым и вторым слоями обычно будет обеспечиваться с помощью собственной специальной телекоммуникационной среды, которая должна гарантировать удовлетворение требованиям к защищенности, доступности и надежности передачи информации.

Второй  слой обрабатывает данные и осуществляет областное управление. Он будет образован в основном вычислительной техникой, состав которой будет определяться в соответствии с требованиями к обрабатываемой информации. Телекоммуникация между вторым и третьим слоями будет реализована в соответствии с требованиями отдельных процессов. Эти требования будут весьма разнообразными. Предполагается, что приблизительно половина информации будет передаваться без требований к надежности, доступности и защищенности, в то время, как передача второй половины должна гарантировать удовлетворение этим требованиям.

Третий  слой определен информационными  технологиями управления и логистики  крупнейших транспортных областей. Выбор  программного обеспечения и аппаратных средств будет осуществлен по требованиям отдельных процессов.

Телекоммуникационная  среда между третьим, четвертым  и пятым слоями будет в подавляющем  большинстве случаев представлена обычной средой одного из существующих операторов постоянных сетей. Передача в транзитном слое телекоммуникационных сетей отличается особенно высокой степенью доступности и вообще высоким качеством среды. Однако необходимо обеспечить защиту системы от злоупотребления информацией, записанной в ней и передаваемой[12].

На рис. 1.2 изображена физическая архитектура  транспортной телематики США (US Department of Transport), которая разделяет транспортную телематику на две основные подсистемы:

• работа на транспортном пути (пассажир, транспортное средство);
• управление транспортными процессами (центры управления работой транспорта, управление на дороге).

Данные подсистемы далее разделяются на модули и  приложения.

Следует отметить, что такая архитектура была создана  в США только для автомобильного транспорта. Если автомобильный транспорт  является составной частью интермодального  и мультимодального транспорта, то следует расширить количество подсистем транспортной телематики.