Архитектура транспортной телематики

^{Лекция №1}

1. ^{Введение. Цели и задачи курса.}

2. История и определение Интеллектуальных  Транспортных Систем

^{3.Архитектура  транспортной телематики}

^{ВВЕДЕНИЕ}

Первым  примером управления транспортными  потоками неоспоримо была автоматизация управления на перекрестках со светофорным регулированием, которая перешла от этапа, характеризуемого временно-зависимым управлением, к этапу транспортно-зависимого управления, использующего принципы адаптированного управления. Однако управление с помощью светофоров на перекрестках является только одной из частей телематики. Футуристические сценарии применения телематики предполагают ее использование для решения глобальных проблем, как например, ограничение транспортных заторов, повышение безопасности движения, охрана окружающей среды и повышение эффективности перевозок грузов. Примеры возможных приложений следующие:

Ограничение транспортных заторов: Управляемые дорожные знаки информируют водителя о размере заторов и направляют транспортные средства по другим возможным маршрутам движения. Это сокращает размер заторов и дает возможность лучшего использования существующей дорожной сети. На дисплее в транспортном средстве в масштабе текущего времени изображается существующая транспортная ситуация, и водитель направляется по оптимальному маршруту движения так, чтобы транспортное средство было отведено от критических мест (работы на дороге, дорожно-транспортные происшествия, заторы). Карты транспортной сети, по которым водитель будет ориентироваться в любом незнакомом городе, будут покрывать всю Европу.

На  подъездах к городам управляемые  дорожные знаки будут информировать о свободных местах для стоянки или парковки, и можно будет заказать место для стоянки с помощью связи непосредственно из транспортного средства. В случае транспортных проблем водителям предлагается вариантный транспорт с указанием цены за проезд и расписания движения. Система платежа за проезд, предлагаемая с целью предупреждения заторов в центре города с расчетом на то, чтобы водитель заплатил больше за проезд в центр города в часы пик, будет своевременно на дисплее транспортного средства информировать о стоимости проезда, оплачиваемого в пунктах оплаты. Введение универсального платежа поможет водителю осознавать расходы, связанные с проездом, что, следовательно, поведет к ограничению поездок, которые не являются действительно необходимыми.

Существенный  прогресс будет достигнут в области  управления движением, так как транспортные средства будут с помощью связи на короткие расстояния DSRC (Dedicated Short Range Communication) информировать центр управления движением о своем местоположении, в результате чего создается реальное представление о состоянии транспортных потоков на сети. Путем использования методов адаптивного управления при помощи метода «Soft Computing» достигается оптимизация управления движением транспортными потоками.

Повышение безопасности: Управляемые дорожные знаки будут ограничивать скорость в зависимости от климатических условий (гололед, туман), плотности

движения или  на опасных участках дорог (опасный  поворот, крутой спуск) в зависимости от фактической скорости движения транспортного средства.

Прогресс в  автомобильной технике приведет к тому, что все транспортные средства будут оснащены радиолокаторами  предотвращения столкновений, которые будут автоматически регулировать скорость так, чтобы соблюдалась безопасная дистанция до впереди идущего транспортного средства. Наоборот, если при превышении безопасной скорости к транспортному средству приближается другое транспортное средство сзади, то будут автоматически активизироваться стоп-сигналы для того, чтобы быстро приближающееся транспортное средство было вынуждено притормозить.

Транспортные  детекторы будут регистрировать чрезмерное замедление транспортного потока, которое может быть результатом дорожно — транспортного происшествия на дороге (Accident Detection), в результате чего быстро передается соответствующая информация в центр управления движением и быстрее может реагировать и служба спасения. Если случится происшествие, то в случае срабатывания подушек безопасности включается связь с вышестоящим главным центром управления и передается аварийный сигнал «May-Day». Скорая помощь определяет точное положение ДТП с помощью Глобальной Системы Определения Местоположения Транспортного Средства (Global Positioning System-GPS). В некоторых проектах даже предполагается, что транспортным средствам будет запрещено двигаться на предельно допустимой скорости до тех пор, пока этого не позволят состояние дороги и метеорологические условия.

Охрана  окружающей среды: Кроме положительного влияния, оказываемого снижением количества останавливающихся или медленно движущихся транспортных средств в колоннах, большим вкладом будет создание более комфортного варианта индивидуального транспортного средства. Транспортные средства городского пассажирского общественного транспорта (ГПОТ) будут иметь преимущество на регулируемых перекрестках, причем каждое средство будет постоянно контролироваться, например, с помощью GPS.

Время ожидания, которое пассажирам, ждущим на остановках, кажется дольше, чем на самом деле оно есть, будет изображаться с множеством дополнительной информации на табло больших размеров. Расширится диапазон различных платежей, осуществляемых с помощью кредитной карты широкого назначения, например, карты SMART, которая даст возможность осуществлять отдельные платежи в транспортных средствах ГПОТ, а также в транспортном средстве на магистралях с помощью встроенного приемопередатчика.

Для пассажиров будет значительно проще  планировать маршруты поездки на общественном транспорте, так как они получат маршрутную карту, показывающую самый лучший вид транспорта и протяженность пути до отдельных пунктов назначения, например, дома с помощью Интернета или посредством справочных киосков. Вся информация будет обновляться по шкале реального времени. Благодаря этим средствам будет развиваться интермодальные поездки на разных видах транспорта, так как у пассажиров будет возможность реально выбирать оптимальный маршрут и оптимальное время достижения цели с помощью комбинации различных видов транспорта.

Эффективность перевозки грузов: Грузовой автомобиль будет оснащен электронным паспортом, характеризующим транспортируемый груз. Транспортным средствам

с опасным  грузом будут предоставлены оптимальные маршруты движения и они будут находиться под постоянным контролем. Автоматически будут передаваться таможенные информации в соответствующий пограничный пункт, в результате чего сократится время ожидания на границах. С помощью маяков, установленных вдоль дороги, будет осуществляться слежение за всем маршрутом перевозки груза.

Тяжелые грузовые автомобили будут оснащены системами для автоматического

движения  в колоннах, где будут минимизированы дистанции между идущими друг

за  другом автомобилями в зависимости  от внешних условий, в результате чего

автомобили будут образовывать своего рода «поезда», движущиеся с оптимальной

скоростью и использующие в максимальной мере пропускную способность дорог.

Указанные представления  о будущем транспортных систем и  сохранении

приемлемой  мобильности человечества касаются различных научных дисциплин,

которые концентрируются  под глобальным наименованием Интеллектуальные

Транспортные  Системы (ITS).

2. История и определение Интеллектуальных Транспортных Систем (ITS)

С начала шестидесятых годов практически  одновременно в США, Японии и в Европе начали внедряться транспортные системы высшего уровня, которые являются вышестоящими по отношению к стандартному уровню управления движением транспортных потоков в городах или к существующему управлению движением на автомагистралях.

Основные тезисы, которые сопровождали возникновение настоящих транспортных систем, следующие:

• предоставление глобальной информации и знаний участникам дорожного движения и центрам управления движением,
• улучшение стиля жизни и повышение эффективности экономики,
• повышение безопасности работы и улучшение экологических условий.

На  первом этапе в шестидесятых и  семидесятых годах прошлого века проверялись основные принципы: В Японии испытывалось, кроме прочего, направление транспортных средств на цель. Например, в проекте «Комплексная Система Управления Движением» (Comprehensive Automobile Traffic Control System-CACS) речь шла о площади около 30 км². В данном случае водитель указывает пункт назначения, и центральный компьютер ему сообщает оптимальный маршрут движения в зависимости от мгновенной транспортной ситуации. Транспортные средства были оснащены простым дисплеем и вели связь в обоих направлениях с центром управления посредством системы радиомаяков, расположенных вдоль дороги. Одновременно в США испытывалась возможность воздействия на транспортный поток с помощью информационных табло, расположенных вдоль дороги, а в Европе начали создавать интегральные центры управления транспортными потоками.

Второй этап развития наступил в начале восьмидесятых  годов и был связан с бурным развитием электроники и коммуникационной техники. На этом этапе были реализованы пилотные европейские проекты DRIVE, ROMANSE, PROMETHEUS, японские UTMS, ASV, ARTS и в США: MOBILITY 2000 и IVHS. Каждый из этих проектов принес что-то новое и каждый из них заслуживал бы самостоятельного рассмотрения. В Европе обычно речь шла о международных проектах, поддерживаемых Европейским Союзом, в Японии и в США проекты поддерживались правительствами, которые считали развитие ITS стратегической задачей. После оценки второго этапа в период с 1993 по 1995 гг. на всемирном уровне молено было констатировать следующее:

1       ITS дает очевидные и неоспоримые практические результаты.

 2.     Стал ясным вопрос о том, что должно быть достигнуто.

Поэтому Европейская  конференция министров транспорта на своем заседании в Берлине в период с 21-го по 22-ое апреля 1997 года констатировала, что «необходимо помогать созданию политического форума для развития интегральной транспортной системы во всей Европе, которая будет экономически и технически эффективной и которая будет удовлетворять самым жестким требованиям стандартов безопасности и стандартов по охране окружающей среды, а также учитывать социальные вопросы».

С точки зрения терминологии в США и в Японии для данных систем использовалось понятие «Интеллектуальные Транспортные Системы» («Intelligent Transportation Systems» — ITS) в то время, как в Европе в большинстве случаев использовалось понятие «Транспортная Телематика». Это название возникло путем сложения слов «Телекоммуникация» и «Информатика» и показывает тесную связь обеих отраслей. Одно из самых удачных определений понятия «Транспортная телематика» следующее:

Транспортная  телематика объединяет информационную и телекоммуникационную технологии с организацией движения транспортных потоков так, чтобы повысилась пропускная способность существующей транспортной инфраструктуры, возросла безопасность движения и повысился психологический комфорт пассажиров.

3. Архитектура транспортной телематики

Архитектура транспортной телематической системы определяет ее основную структуру. Основой транспортной телематической системы являются информационные технологии, которые содержат информации об элементах транспортной сети (наземная транспортная инфраструктура, транспортные средства, перевозки пассажиров и товаров и т.д.) и о пользователях транспортом (экспедиторы, перевозчики, органы государственной власти, таможенное управление и т.д.). Транспортная телематическая система дает возможность сбора, передачи, обработки и обмена информацией между различными потребителями и элементами транспортной сети и создает телематические приложения для ее управления и оптимизации.

Основные средства транспортной телематической системы можно разделить на:

• технические средства (физические средства, аппаратные средства коммуникационных и информационных технологий, датчики, исполнительные элементы и т.д.);
• средства управления процессами (стратегии и алгоритмы управления, аппаратные средства коммуникационных и информационных технологий и т.д.);
• средства организационной поддержки (организационная структура, управление транспортом, решающие правомочия, ответственности отдельных организаций, национальные и европейские стандарты и т.д.).

Архитектура телематической системы определяет основную структуру изучаемой системы в (абстрактном) пространстве и вместе с определением границы стыковки (интерфейс) является исходным шагом идентификации или же компоновки системы. Элементы системы считаются носителями частных системных функций (услуг), связи системы определяют возможность соединения элементов в цепочку и, следовательно, возможность существования процессов.

Основной  характеристикой телематической системы  являются ее сильные процессы. Из множества сильных процессов создаются отдельные телематические приложения. В зависимости от приложения системы далее функционально разделяются на подсистемы или модули. Множество сильных процессов записывается в виде генетического кода системы, определяет характеристику вида системы и является важной составляющей идентичности системы.