Интеллектуальные транспортные системы на дорогах. Иностранный опыт: Интеллектуальные транспортные системы

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.

Российская Интеллектуальная Транспортная Система (РИТС) позволяет обеспечить:

• сокращение смертности на дорогах Российской Федерации за счет повышении оперативности реагирования на ДТП;
• беспрепятственное движение спецтранспорта к месту ДТП или криминальной ситуации;
• оперативное, полное и достоверное доведение информации до специальных служб при возникновении криминальных или чрезвычайных ситуациях на транспорте;
• информирование водителей о нарушении ими правил дорожного движения и эксплуатации транспортного средства, а также о текущем и краткосрочном прогнозе состояния условий дорожного движения;
• автоматическую фиксацию фактов нарушения правил дорожного движения для выявления и наказания виновных лиц;
• повышение внимания водителей при управлении автомобилями в различных по напряженности условиях движения;
• создание условий для сокращения времени поездок пассажирами всеми видами наземного транспорта;
• увеличение пропускной способности дорог города за счет регулирования транспортных потоков и формирования предупредительной информации об условиях дорожного движения;
• возможность выбора пассажирами оптимального маршрута движения общественным транспортом от начальной до конечной точки с учетом маршрутов и расписаний движения общественного транспорта, а также дорожной ситуации и плотности транспортных потоков;
• оптимизацию маршрутов движения транспортных средств с учетом актуального состояния дорожного движения и миграции заторовых ситуаций;
• создание условий для своевременного и достоверного контроля выполнения заказов на осуществление транспортной работы предприятиями, осуществляющими пассажирские перевозки, эксплуатацию дорожно-уличной сети, вывоз твердых и жидких бытовых отходов, контроля расхода топлива, снижения страховых рисков, увеличения оборачиваемости ТС, снижения доли эксплуатационных издержек.

В мировой практике существуют примеры успешной реализации подобных проектов. Так, в Евросоюзе в 1991 году была создана Европейская Ассоциация участников рынка интеллектуальных транспортных систем ERTICO, которая представляет собой консорциум, в который входят все ведущие европейские производители, заинтересованные в развитии рынка интеллектуальных транспортных систем, общественные организации, представители различных министерств и ведомств, инфраструктурные операторы связи, пользователи, и прочие организации.

Несмотря на то, что ERTICO создана с участием Еврокомиссии и Министерств Транспорта стран участниц Евросоюза, она является негосударственным общественным институтом, обеспечивающим реализацию политических решений, принятых странами Евросоюза на внутреннем и внешних рынках. Главной целью ERTICO является разработка и различных программ, направленных на развитие европейских инновационных технологий в области развития дорожной инфраструктуры, применения интеллектуальных транспортных систем в целях управления дорожным движением, повышения мобильности населения и грузов, улучшение качества жизни людей, повышение безопасности на дорогах и снижение вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду.

Только перечень реализованных за последние годы программ ERTICO позволяет судить о вкладе этой организации в обеспечение безопасности дорожного движения в странах Евросоюза:

ADASIS (Advanced Driver Assistant Systems Interface Specification) - использование точных картографических данных в средствах навигации для получения водителем прогноза ситуации на дороге впереди по ходу движения;

AIDE (Adaptive Integrated Driver-Vehicle Interface) – использование специального электронного оборудования и программного обеспечения, позволяющего концентрировать внимание водителя в момент обгона и отключения функций приборов в салоне автомобиля, отвлекающих внимание во время совершения сложного маневра;

ERTRAC (The European Road Transport Research Advisory Council) – программа координации взаимодействия Европейских исследовательских институтов в дорожном и транспортном комплексе в целях структурирования и оптимизации научно-исследовательских работ в интересах стран Евросоюза;

ESafety Forum – европейская программа по массовому внедрению систем активной и пассивной безопасности, включающая в себя работы по проекту eCall (“’экстренный вызов”), созданию электронных карт для использования экстренными службами, изучению эффективности различных каналов передачи информации от автомобиля в диспетчерский центр оператора, сотрудничество с участниками американского, японского и других рынков телематических услуг, с целью выработки приоритетных задач и международных стандартов по оказанию экстренной помощи пострадавшим в аварии на дорогах, гармонизация технических решений по передаче информации от автомобиля к автомобилю или от автомобиля к дорожной инфраструктуре, организация информирования участников дорожного движения в режиме реального времени о ситуации на дорогах через специальный радиоканал;

FeedMAP – обеспечение постоянного обновления электронных карт;

GST (Global System for Telematics) – создание технологической платформы для развития сотрудничества, необходимого для развития массового рынка открытых телематических услуг, в первую очередь обеспечивающих сбор, передачу обработку информации для пользователей – участников дорожного движения, скорой помощи и служб спасения;

HeavyRoute – программа поддержки быстрых и безопасных грузовых перевозок;

IP PReVENT – программа внедрения специальных электронных устройств (ADAS – Advanced Driver Assistance Systems), позволяющих водителю получать превентивную информацию о возможных опасностях по ходу движения и избегать аварийных ситуаций;

MAPS&ADAS (IP PReVENT) – использование электронных карт для повышения безопасности на дорогах;

SAFESPOT – программа поддержки появления большего количества «умных» машин на «умных» дорогах;

SpeedAlert Forum – информирование водителей о соблюдении установленного скоростного режима;

ESP21 (European Security Partnership for the 21 st Century) – программа формирования комплексного подхода для обеспечения справедливой, правовой, свободной и безопасной жизни в Европе.

AGILE (Application of Galileo in the Location-Based Service Environment) – программа обеспечения коммерческого использования спутниковой системы Galileo;

CVIS (Cooperative vehicle-infrastructure systems) – программа взаимодействия автомобилей и дорожной инфраструктуры;

ENITE (European Network on ITS Training & Education) – программа подготовки специалистов по интеллектуальным транспортным системам;

EuroRoadS – программа по созданию базы данных о европейской дорожной инфраструктуре;

FRAME Forum – программа построения архитектуры для Европейской интеллектуальной транспортной системы;

RCI (Road Charging Interoperability) – программа развития платных дорог;

Road Traffic Information Group – программа развития информационного сопровождения участников дорожного движения;

TMC Forum (Traffic Message Channel) – программа информирования участников дорожного движения о реальной дорожной обстановке по специальному выделенному радиоканалу;

CONNECT, SIMBA – национальные и международные программы по развитию рынка интеллектуальных транспортных систем. Включают в себя программы в Странах Центральной и Восточной Европы, Бразилии, Индии, Китае, ЮАР а с 2008 года – в России. Национальным координатором проекта SIMBA 2 в России является Профессиональная Ассоциация противодействия угонам транспортных средств.

Network of National ITS Associations – программа по развитию международной сети Ассоциаций Интеллектуальных транспортных систем;

Программа eCall («Экстренный вызов»)

В рамках общеевропейской программы ERTICO выступила с инициативой по оборудованию транспортных средств специальными устройствами для определения местонахождения попавшего в аварию транспортного средства и вызова экстренных служб к месту ДТП. Общественная инициатива ERTICO привела к принятию Еврокомиссией программы «e-call» («экстренный вызов»), поддержанной практически всеми странами Европейского Союза (далее – ЕС), которая с 2012 года должна стать общеевропейским законом. В странах ЕС, подписавших меморандум по внедрению программы «экстренный вызов», законодательно устанавливаются требования к автопроизводителям оборудовать поставляемые для продажи автомобили телематическими блоками, которые позволяют точно определить место ДТП по спутниковой навигации и в автоматическом режиме через диспетчерские центры вызвать необходимую помощь. В Финляндии, например, решили внедрить программу «экстренный вызов» не дожидаясь принятия общеевропейского Закона. Еще одной страной, утвердившей недавно государственную программу «экстренный вызов», является Бразилия, где наблюдается высокая статистика погибших и пострадавших в результате ДТП.

Принятие в Российской Федерации, как в ЕС или в Бразилии, на государственном уровне решения об оснащении, начиная с 2012 года, каждого автомобиля, производимого или поставляемого на российский рынок, телематическим модулем, работающим с использованием сигналов ГЛОНАСС/GPS, позволит повысить безопасность, сократить смертность и травматизм на дорогах Российской Федерации, создать эффективно функционирующую систему информационного сопровождения мер по обеспечению управления дорожным движением.

В Великобритании Ассоциация британских страховщиков (ABI) в 1968 году создала исследовательский центр Тэтчем (Thatcham), который разрабатывает и постоянно совершенствует стандарты оценки безопасности автомобилей, признаваемые всеми мировыми автопроизводителями. Сегодня ни один автомобиль не может поступить в продажу на английский рынок без предварительной страховой экспертизы, результатом которой является открытая публикация рейтингов в СМИ, по которым потребители объективно оценивают безопасность и защищенность любого автомобиля, исходя из количества присвоенных «звезд». Чем больше «звезд», тем дешевле страховка, тем меньше денег человек тратит на это при покупке нового автомобиля и его дальнейшей эксплуатации. Это объясняется тем, что страховые компании снижают тариф, если автопроизводитель позаботился о безопасности участников дорожного движения заранее. Методика Тэтчем по исследованию безопасности автомобилей, в том числе, включает в себя и оценку эффективности применения автопроизводителями спутниковых систем (так называемая CAT 5). Другими словами, английские страховщики создали в лице исследовательского центра Тэтчем высокоэффективный механизм взаимодействия с автопроизводителями по формированию совокупной стоимости владения автомобилем путем проведения независимой страховой экспертизы. Это тот самый случай, когда страховые компании стоят на защите жизни и здоровья автовладельцев, ставя перед автопроизводителями задачи повышения безопасности автомобилей, поставляемых на внутренний рынок.

Летом 2008 года Профессиональная Ассоциация противодействия угонам транспортных средств совместно с экспертами английского исследовательского центра Тэтчем провела сравнение 11 автомобилей, поставляемых ведущими мировыми автопроизводителями на Российский рынок с их аналогами для британского рынка. Вывод, который сделали российские и английские специалисты неутешителен: в среднем автомобили для российского рынка в два, а по некоторым моделям и в три раза менее защищены, чем поставляемые на английский рынок. Это происходит потому, что в России сегодня нет соответствующей нормативной базы и эффективных инструментов контроля за продукцией автопроизводителей с точки зрения безопасности и защищенности участников дорожного движения.

Для качественного изменения сложившейся ситуации предлагается создать консорциум заинтересованных структур, частных компаний, общественных организаций в целях формирования интеллектуальной транспортной системы в Российской Федерации, расширения возможностей коммерческого использования системы ГЛОНАСС и развития общественной инициативы eCall в России. Принципиальная схема российского варианта системы eCall показана на Рис. 1. .

В рамках развития программы eCall Россия обладает преимуществом перед европейскими странами, т.к. в стране уже эксплуатируется своя собственная система точного определения координат ГЛОНАСС (ГЛОбальная Навигационная Спутниковая Система) , в то время как ее европейский аналог «Галилео» планируется к запуску только в 2015 году. Повышение эффективности системы ГЛОНАСС является одним из приоритетов развития безопасности страны, и по этой причине она может стать своего рода катализатором развития интеллектуальных транспортных систем, повышения безопасности дорожного движения и развития цивилизованного автомобильного и страхового рынка в России.

Объем рынка для массового применения возможностей системы ГЛОНАСС/GPS может быть экспертно оценен исходя из парка зарегистрированных в Российской Федерации транспортных средств - более 30 миллионов автомобилей.

Техническая основа функционирования РИТС

Базовый телематический модуль экстренного реагирования состоит из навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS для определения местоположения автомобиля и передающего устройства сотовой связи, которое обеспечивает связь автомобиля с диспетчерским центром. К телематическому модулю подключаются датчики срабатывания акселерометров, подушек безопасности и других устройств автомобиля, активирующиеся при аварии. Подобные телематические модули используются в системах мониторинга автотранспорта.

Система состоит из четырех основных частей:

1. Объекты мониторинга - транспортные средства.
2. Телематический сервер - система обработки и хранения информации.
3. Диспетчерские пункты и автоматизированные рабочие места операторов телематических услуг, автотранспортных предприятий, дежурных частей экстренных служб и должностных лиц.
4. Сети передачи информации - сеть GSM/GPRS, интернет, спутниковая связь.

Комплекс взаимоувязанных автоматизированных систем, решающих задачи управления дорожным движением, мониторинга и управления работой всех видов транспорта, информирования граждан формирует основу интеллектуальной транспортной системы (ИТС) Российской Федерации.

Первоочередные меры по развертыванию РИТС

Опираясь на передовой международный и российский опыт в целях создания Российской Интеллектуальной Транспортной Системы (РИТС) предлагается осуществить концентрацию финансовых, административных, интеллектуальных и технических ресурсов и создать при Правительстве Российской Федерации консорциум коммерческих компаний и профессиональных общественных объединений, заинтересованных в развитии массового рынка интеллектуальных транспортных систем (по аналогии с ERTICO в Евросоюзе). Задачей консорциума должна стать аккумулирование внебюджетного фонда за счет средств участников проекта, разработка правовой и нормативной базы, организации исследовательской деятельности для подготовки различных моделей и сценариев развития этого сегмента рынка, целевого финансирования утвержденных программ.

Потенциальными участниками консорциума могут стать представители различных сегментов рынка, участвующих в реализации проекта Российские Интеллектуальные Транспортные Системы (РИТС): компании производители электронного и навигационного оборудования, автопроизводители, операторы сотовой связи, сервис-провайдеры и разработчики программного обеспечения, банки, страховые компании, строительные и дорожные компании, компании, представляющие нефтеперерабатывающий сектор, общественные организации, представляющие профессиональные объединения, участвующие в системе общественных отношений в области управления и безопасности дорожного движения, средства массовой информации, интернет-провайдеры и пр.

Для успешной реализации программы необходима политическая поддержка проекта на самом высоком государственном уровне, подготовка и принятие ряда законодательных инициатив.

К таким инициативам относится принятие соответствующих правовых актов в целях синхронизации введения российской программы «Экстренный вызов» с европейской программой eCall с 2012 года. В рамках данной программы каждый автопроизводитель, желающий производить и реализовывать свою продукцию на территории Российской Федерации, в обязательном порядке должен комплектовать автомобиль штатным устройством - «черным ящиком»: телематическим блоком ГЛОНАСС/GPS, с помощью которого определяются точные координаты места аварии, производится связь с диспетчерским центром оператора и вызов экстренных служб реагирования для оказания необходимой медицинской и технической помощи на месте происшествия и доставкой пострадавших в лечебные учреждения.

УДК 621.833

РОЛЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ В ПОВЫШЕНИИ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

Е.А. Студентова

Рассмотрены показатели безопасности дорожного движения в некоторых странах мира. Проведено сравнение показателей количества смертей на 100 000 человек населения и на 100 000 зарегистрированных транспортных средств в выбранных странах и сделан вывод о зависимости таких показателей от степени разработанности и уровня внедрения интеллектуальных транспортных систем и/или их отдельных элементов. Разработана схема составных элементов интеллектуальных транспортных систем, влияющих на безопасность транспортных потоков.

Ключевые слова: интеллектуальная транспортная система, безопасность дорожного движения, показатели безопасности дорожного движения.

В текущем десятилетии особую актуальность приобрела проблема повышения безопасности на транспорте в связи с тем, что в марте 2010 года Генеральная ассамблея Организации Объединенных Наций провозгласила Десятилетие действий по обеспечению безопасности дорожного движения 2011-2020 гг. Был выпущен документ «Глобальный план осуществления Десятилетия действий по обеспечению безопасности дорожного движения 2011 - 2020 гг.» , который определяет общую цель Десятилетия как стабилизацию, а затем сокращение к 2020 году прогнозируемого уровня случаев смерти в результате ДТП путем разработки и осуществления устойчивых стратегий и программ обеспечения безопасности, повышения качества сбора данных, мониторинга прогресса и результатов деятельности не только на национальном, но и на глобальном уровнях.

В качестве поддержки действий, провозглашенных Десятилетием Всемирная организация здравоохранения подготовила «Доклад о состоянии безопасности дорожного движения в мире-2013», в котором выделены 5 ключевых факторов риска: скорость, управление транспортным средством в состоянии алкогольного опьянения, пользование шлемами, ремнями безопасности и детскими удерживающими устройствами . Таким образом, вся ответственность возлагается на участников дорожного движения. Однако, помимо человеческого фактора, должны рассматриваться и такие угрозы транспортной безопасности, как состояние дорожного полотна, освещенность улиц, корректная работа светофоров (и иной используемой на дорогах техники), исправность транспортных средств -участников дорожного движения, погодные условия и некоторые другие факторы.

Еще с прошлого века в качестве мер совершенствования транспортной инфраструктуры и в том числе повышения безопасности транспортных потоков многие страны начали вводить в обиход отдельные элементы интеллектуальных транспортных систем (ИТС). ИТС - универсальный термин для обозначения комплексного применения коммуникационных, контролирующих и информационных технологий в транспортных системах, результатом внедрения которых должно стать сохранение жизней, времени, денег, энергии и окружающей среды. ИТС включает в себя все виды транспорта и рассматривает в их взаимодействии между собой все элементы транспортной системы: транспортное средство, водитель, инфраструктура .

Одной из первых стран, которые начали исследования в области интеллектуальных транспортных систем и реализации комплексного подхода в транспортной сфере, стала Япония. Исследования начались в 1973 году, а в 1996 году началась реализация проекта «Комплексный план для ИТС в Японии». В Соединенных Штатах был разработан и учрежден Пятилетний национальный программный план развития ИТС (1991 год). Европейский Союз совместно с Японией и США в 1991 году создали некоммерческую организацию - общество БЯТЮЭ (ИТС Европа), целью которой стало содействие в развитии интеллектуальных транспортных систем в Европе от проведения научных исследований до рыночных инвестиций, а Китай присоединился к развитию ИТС с 1997 года, начав с создания лаборатории и Национального центра инжиниринга и технологий ИТС . Несмотря на то, что в России с конца XX века происходит внедрение отдельных элементов ИТС, область интеллектуальных транспортных систем остается для нашей страны довольно новой.

Одним из главных приоритетов развития и внедрения ИТС является совершенствование безопасности дорожного движения, именно на это направлены многие меры и программы, в частности, программа еСа11, разрабатываемая Европейским сообществом . ЕСа11, или экстренный вызов, -инициатива с целью оказания мгновенной помощи участникам дорожного движения, попавшим в аварию в любой точке Европейского Союза. Транспортное средство, оборудованное системой «экстренного вызова», автоматически отправляет сигнал бедствия в ближайший центр оказания помощи. Даже если ни один из участников ДТП не в состоянии говорить, система отправит минимум информации, сообщая службе спасения о конкретном месте аварии, тем самым повышая шансы участников аварии сохранить жизни и здоровье.

Для оценки влияния уровня развития интеллектуальных транспортных систем на состояние транспортной инфраструктуры и ответа на вопрос, является ли внедрение и совершенствование ИТС одним из факторов повышения уровня безопасности дорожного движения, рассмотрим данные о смертности на дорогах в некоторых странах мира. Сравним показа-

тели следующих стран, разрабатывающих и совершенствующих интеллектуальные транспортные системы: Япония, США, Китай, Великобритания, Германия, Сингапур и Россия (развитие ИТС является одним из приоритетных направлений транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года ). Сравним с аналогичными показателями стран, не проявляющих высокой степени участия в исследованиях, посвященных ИТС, в частности, стран Африканского региона (Египет, Нигерия, Камерун, Кения). Предполагается, что в странах, которые раньше начали разработку и внедрение интеллектуальных транспортных систем на своей территории, показатели смертности значительно ниже. Данные о смертности на 100 000 человек населения (по данным источника ) приведены на рис. 1.

Рис. 1. Количество смертей на 100 000 человек

Из рис. 1 видно, что наиболее низкие показатели смертности на 100 000 человек действительно приходятся на страны, которые работают над созданием интеллектуальных транспортных систем, в частности, наилучший показатель у стран Евросоюза. Однако несмотря на внедрение элементов ИТС у таких стран, как Россия и Китай, показатель смертности остается неприемлемо высоким и приближается к уровню стран Африканского региона. Данные цифры могут свидетельствовать о том, что внедрение в транспортную инфраструктуру элементов интеллектуальных транспортных систем не является решающим фактором повышения безопасности на дорогах в общем и снижения показателя смертности в частности. Однако очень значительно для рассматриваемых стран отличается показатель количества транспортных средств. Вполне естественно, что страны с большей загруженностью дорог будут более подвержены риску ДТП. В связи с этим рассчитаем показатель смертности на 100 000 зарегистрированных транспортных средств в предложенных к рассмотрению странах. Результаты расчетов (по данным источника ) представлены на рис. 2.

Рис. 2. Количество смертей на 100 000 зарегистрированных

транспортных средств

Рис. 2 демонстрирует, насколько ниже данный показатель в странах, формирующих интеллектуальную транспортную систему, при этом наиболее низкий показатель - в странах, которые раньше начали осуществелние и внедрение таких элементов в обиход, что говорит об эффективности проводимых в рамках ИТС мероприятий.

Таким образом, можно предположить, что разработка и совершенствование ИТС действительно способствует снижению смертности на дорогах, в первую очередь оказывая влияние не на человеческий фактор, а на безопасность транспортного средства и условий для его передвижения. Как было сказано ранее, ИТС включает в себя такие элементы транспортной системы, как транспортное средство, водитель, инфраструктура. Такое описание является неполным и нуждается в дополнении. Построим схему основных элементов ИТС, призванных обеспечить безопасность дорожного движения (рис. 3).

Оборудование транспортных средств инновационными технологиями подразумевает так называемые «умные» автомобили, использующие элементы искусственного интеллекта, например, способность бортовым компьютером распознавать голос водителя и выполнять простые команды, например включение/выключение музыки, чтобы водитель мог не отвлекаться на такие простые действия. Создание благоприятных условий для дорожного движения подразумевает поддержание надлежащего качества дорожного полотна, достаточное количество светофоров, приемлемый уровень освещенности дорог. Мониторинг безопасности дорожного движения заключается в наличии достаточного количества камер, радаров и профессионализме работы уполномоченных органов, а ответные меры после аварии учитывают скорость прибытия специальных служб на место аварии и уровень их квалификации.

Рис. 3. Элементы ИТС, влияющие на безопасность дорожно-транспортной ситуации

Таким образом, рассмотренные показатели смертности на 100 000 человек и на 100 000 зарегистрированных транспортных средств свидетельствуют о том, что в странах, занимающихся разработкой, внедрением и совершенствованием интеллектуальных транспортных систем или, по крайней мере, их отдельных элементов, такие показатели значительно ниже, а следовательно, представленные на схеме элементы ИТС могут являться действенным способом улучшения ситуации на дорогах и должны более глубоко прорабатываться, в частности, на глобальном уровне и получать более широкое распространение на уровнях национальных.

Список литературы

1. Всемирная организация здравоохранения. Глобальный план осуществления Десятилетия действий по обеспечению безопасности дорожного движения 2011-2020 гг. [Электронный ресурс] // 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.

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.

Использование современных достижений информационных технологий и средств связи - телематики - в управлении транспортными системами позволяет кардинально повысить эффективность и качество их работы. Поэтому транспортные системы с использованием АСУ, построенных на основе телематики, получили во всем мире специальное наименование - интеллектуальные транспортные системы (ИТС).

итс - это система, интегрирующая современные технологии управления с телематикой, предназначенная для автоматизированного поиска и принятия наиболее эффективных сценариев управления ТС и ее элементов в целях обеспечения мобильности при установленном уровне качества обслуживания пользователей ТС.

Отличительный признак ИТС - автоматическое (или с минимальным участием оператора) формирование управляющих воздействий в режиме реального времени на объекты ТС. Для этого в системе должна функционировать обратная связь, обеспечивающая автоматическую передачу оперативных данных о работе объектов ТС в блок управления. На их основе с помощью математических моделей вырабатываются прогнозные управляющие решения, которые реализуются в средствах управления.

В мировой практике ИТС признаны как общетранспортная идеология интеграции достижений современных методов управления и телематики во все виды транспортной деятельности для решения проблем экономического и социатьного характера: повышения эффективности функционирования пассажирского и грузового транспорта, снижения транспортных расходов, обеспечения транспортной безопасности и улучшения экологических показателей.

Практическое развитие крупномасштабных проектов ИТС началось в середине 1980-х гг. в США, Японии и Европе, когда стали доступны для бизнес-приложений персональные компьютеры, сотовая связь и технологии космического позиционирования.

Развитие ИТС методологически базируется на системном подходе, формируя ИТС не как отдельные функциональные блоки, а как систему. Подходы к созданию ИТС основываются на принципе модернизации, реинжиниринга действующих ТС путем поэтапного развития и модульности создания ИТС. Принцип модульности требует четкого общего плана построения ИТС, в рамках которого реализуемые отдельные модули будут в дальнейшем гарантированно совместимы с модулями, реализуемыми на последующих стадиях проекта. Такой план построения системы называется архитектурой. Архитектура ИТС определяет основные принципы организации ИТС и взаимосвязи компонентов ИТС между собой и с внешней средой, а также принципы и руководство по их разработке, внедрению и оценке эффективности использования. Архитектура ИТС представляет собой некую рамочную структуру, в границах которой могут быть использованы различные подходы к проектированию с учетом конкретного функционала системы и необходимых пользователям сервисов. В нашей стране основополагающим документом по построению архитектуры ИТС является 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. Используемая в стандарте иерархия построения архитектуры ИТС приведена на рис. 4.23.

Рис. 4.23.

Доменная архитектура формирует общее комплексное представление о структуре объектов и субъектов ИТС. При этом для каждого проекта системы набор и функциональное описание объектов и субъектов может носить индивидуальный характер.

Сервисный домен включает в себя один или более типов сервисов ИТС. Каждый тип сервиса ИТС может содержать несколько случаев связанных сервисов. Эти объединения представителей связанных сервисов называются сервисными группами ИТС. Таким образом, сервисная группа ИТС включает в себя один или более похожих или взаимодополняющих сервисов, предназначенных для пользователей ИТС.

Необходимо выделить следующие особенности сервисных групп ИТС и сервисов:

• каждая сервисная группа ИТС ориентирована на определенную деятельность, относящуюся к управлению или информационному обеспечению в сфере дорожной транспортной сети, и разделена на конкретные сервисы, адресованные, в свою очередь, конкретным пользователям или используемые для различных режимов функционирования;
• наименование каждой сервисной группы должно отражать вид осуществляемой деятельности (например, «дотранспоргная информация»);
• каждый сервис в рамках сервисной группы должен связывать как вид деятельности сервисной группы, так и характер пользователей или режимов функционирования ИТС (например, «дотранспортная информация - общественный транспорт»);
• каждый уровень в иерархии должен быть на эквивалентном уровне модульности системы.

Практическое применение

В середине 1990-х гг. стало ясно, что потенциал многих европейских исследовательских программ в области транспортной телематики не может быть полностью реализован. Для решения проблемы требовалось создание единого подхода к европейской архитектуре ИТС. Эта задача была решена в 1998-2000 гг. в ходе реализации проекта KAREN. В результате была разработана структура для внедрения ИТС в Европейском союзе .

Европейская архитектура ИТС состоит из двух частей: пользовательских сервисов ИТС (см. ГОСТ Р ИСО 14813-1-2011) и функциональной архитектуры (Functional Viewpoint), обеспечивающей реализацию указанных сервисов. Физическая и коммуникационная структуры не входят в состав регламентируемых составных частей архитектуры ИТС. Согласно подходам, заложенным в основу европейской архитектуры ИТС, предполагается создание индивидуальной физической и коммуникационной среды ИТС в каждом конкретном случае, с учетом конкретных особенностей и потребностей в сервисах, па основе общих принципов и в соответствии с общей моделью разработки.

С учетом важности синхронизации проектов ИТС в области различных видов транспорта и в различных странах в 2008 г. в ЕС принят План по развитию ИТС в Европе (СОМ(2008) 886), а в 2010 г. Европейским парламентом принята Директива ЕС 2010/40/EU по развитию ИТС в области автомобильного транспорта и взаимодействия с системами других видов транспорта .

Развитие ИТС сгруппировано по шести приоритетным направлениям:

• оптимального использования информации о дорогах, движении и поездках, которое предусматривает получение актуальной и проверенной информации на всех уровнях управления транспортом независимо от формы собственности оператора и вида транспорта и обеспечивает ее доступность для всех пользователей;
• обеспечения условий для безбарьерного движения товаров и оптимального управления грузовыми перевозками на европейских транспортных коридорах и в городских агломерациях за счет автоматической идентификации транспортных единиц, предоставления различных услуг (например, таможенных) в режиме онлайн и пространственного позиционирования на основе космических навигационных систем;
• повышения безопасности дорожного движения за счет развития автоматических систем, предупреждающих и предотвращающих опасные ситуации как между транспортными средствами, так и между автомобилями и пешеходами;
• обеспечения безопасности и защиты передаваемых данных в ИТС, в частности личных и финансовых данных пользователей;
• интеграции транспортного средства в транспортную инфраструктуру за счет использования открытых приложений в компьютерных системах транспортных средств и программном обеспечении ИТС, позволяющему обеспечить совместимость информационных систем и автоматически передавать данные, необходимые для оптимального управления как индивидуальными транспортными средствами, так и их потоками.

Согласованное внедрение ИТС в ЕС требует интенсивного сотрудничества на европейском уровне между всеми сторонами на разных уровнях управления, а также надлежащей структуры и нормативно-правовой базы. Необходимо разработать общие методы оценки и единые инструменты для реализации эффективных решений.

На рис. 4.24 приведена укрупненная классификация ИТС по направлениям автоматизации транспортных систем.

Все указанные в классификации на рис. 3.1 направления в настоящее время успешно развиваются и имеют примеры практического применения. Естественно, что разработка и внедрение ИТС сопряжены со значительными расходами, но, учитывая их стратегическую значимость для развития транспорта, крайне важно готовить элементы этих систем и развивать транспорт с учетом необходимости в будущем построения комплексной ИТС. В соответствии с концепцией ИТС должны строиться концепции и конкретные планы развития дорожных, грузовых и пассажирских ТС.

Набор сервисов ИТС из разных доменов может формировать блок сервисов, реализуемых для решения первостепенной задачи или набора задач, сохраняя при этом возможность развития в дальнейшем полнофункциональных доменов. Например, для повышения безопасности дорожного движения важно развивать следующие сервисы:

• автоматический контроль соблюдения правил дорожного движения;
• предупреждение о заторах и ремонтных работах и рекомендации по путям объезда;
• оповещение о погодных условиях и состоянии дорожного полотна;
• автомобильные системы распознавания дорожных знаков, поддержания движения по полосе, автоматического ограничения скорости движения, адаптивного круиз-контроля, предупреждения об опасном сближении и т.п.;
• управление режимами движения (в первую очередь скоростью) с помощью знаков переменного значения;
• мониторинг и управление перевозками опасных грузов;
• мониторинг и управление движением в тоннелях и на скоростных магистралях.

В нашей стране в области ИТС наибольшее развитие получили системы управления дорожным движением. Их развитие на принципах ИТС позволяет перейти от управления отдельными светофорными объектами к управлению движением на автомобильных дорогах, зонах улично-дорожной сети или в целом движением в городе. Для реализации сервисов ИТС в этом случае создаются АСУ автомагистралью, зональные АСУ или АСУ дорожного движения (ДД) города. В последних двух случаях наиболее эффективно использование сетевых адаптивных методов управления дорожным движением.

Рис. 4.24.

Практическое применение

Одним из первых и до сих пор наиболее широко применяемых в мире алгоритмов сетевого адаптивного управления является SCOOT (Split Cycle Offset Optimization Technique - техника оптимизации длительностей фаз, цикла и сдвига), разработанный в середине 1970-х гг. британским Институтом TRL(7ota/ Request Live) совместно с фирмами «Plessey» и «Реек». Система SCOOT установлена более чем в 100 городах Великобритании и десятках городов во всем мире. Зона управления SCOOT в г. Лондоне охватывает около 2000 регулируемых перекрестков.

Район управления в SCOOT разбивается на подрайоны. В пределах каждого подрайона обеспечивается сетевая координация работы светофорных объектов с единым циклом регулирования. Принцип разбиения на подрайоны - стандартный: разрыв координации осуществляется на длинных или слабо загруженных перегонах.

Система сбора информации о транспортных потоках предполагает мониторинг транспортных потоков на каждой полосе движения непосредственно перед стоп-линией и на значительном расстоянии от нее, как правило, у выхода со смежного перекрестка. Алгоритм использует получаемую в реальном времени информацию об интенсивности транспортных потоков и времени проезда транспортными средствами удаленных от стоп-линий сечений.

Процесс оптимизации параметров регулирования в SCOOT имеет трехуровневую структуру, каждый уровень которой соответствует оптимизации одного типа параметров.

На верхнем уровне для каждого подрайона выполняется оптимизация цикла регулирования, и для оптимизированного цикла определяются базовые длительности фаз на каждом перекрестке. Расчет оптимального цикла для группы перекрестков выполняется каждые 5 мин или, если наблюдается быстрое изменение интенсивности, каждые 2,5 мин. Считается, что цикл требует увеличения, если уровень загрузки наиболее загруженного перекрестка превышает 90%. Аналогично, при снижении уровня загрузки наиболее загруженного перекрестка происходит сокращение цикла. Таким образом, в течение суток длительность цикла на перекрестке плавно изменяется в соответствии с динамикой изменения интенсивности транспортных потоков.

Оптимизация сдвигов выполняется один раз в цикл. В каждом цикле существует возможность изменения сдвига не более чем на 4 с. Для оптимизации сдвигов используется специальный алгоритм, для которого необходима информация о времени проезда транспорта между смежными стоп- линиями и о взаимосвязях транспортных потоков. Времена проезда могут корректироваться в режиме реального времени путем сравнения прогнозируемых и наблюдаемых диаграмм интенсивностей транспортных потоков на подходах к стоп-линиям. При используемой в SCOOT схеме расстановки датчиков установить взаимосвязь потоков на смежных стоп-линиях можно с полной определенностью, если движение по полосам строго специализированное (по каждой полосе в зоне перекрестка транспорт движется в единственном направлении), и с высокой вероятностью - при отсутствии строгой специализации полос.

На нижнем уровне - уровне перекрестка - происходит уточнение моментов переключения фаз и принимается решение об увеличении или уменьшении длительности фазы на значение не выше 4 с. Эта процедура выполняется перед каждым переключением фаз и основывается на краткосрочном прогнозе транспортной ситуации на перекрестке. Прогноз позволяет оценить длину очереди и, следовательно, задержку на каждой стоп-линии перекрестка для каждого из возможных моментов переключения фаз.

Критерием оптимальности при выборе управляющих параметров является взвешенная сумма задержек и остановок транспортных средств.

Характерными особенностями SCOOT являются использование большого количества детекторов транспорта, отсутствие скачкообразных изменений параметров регулирования, отсутствие долгосрочного (на цикл и более) прогноза транспортной ситуации.

Техническая реализация SCOOT предусматривает централизованное управление и не предъявляет высоких требований к локальным контроллерам.

Применяемые в настоящее время модификации SCOOT обеспечивают приоритетный пропуск общественного транспорта.

Анализ результатов внедрения ИТС свидетельствует о существенном потенциале повышения эффективности функционирования транспортных систем :

• управление движением на улично-дорожной сети позволяет снизить задержки на 5-40% в зависимости от используемой системы управления и развития информирования пользователей;
• управление движением по автомагистралям позволяет снизить количество аварий на 40%, повысить пропускную способность и снизить общее время поездки на 60%;
• система информационного обеспечения коммерческих перевозок позволяет снизить расходы собственников грузового транспорта на 35%;
• управление движением транспорта общего пользования позволяет уменьшить время поездки в два раза и повысить надежность выполнения расписания на 35% за счет системы пространственного позиционирования и приоритета на регулируемых пересечениях;
• система управления инцидентами позволяет снизить их длительность на 40%.

Наиболее наглядно возможности ИТС представлены в системах PRT (Personal Rapid Transit ), PAT (Personal Automated Transport: - персональный автоматический транспорт). Это системы общественного транспорта, которые обеспечивают безостановочную перевозку пассажиров по их запросу с помощью автоматических транспортных средств без водителя. Система PRT использует собственную транспортную сеть, которая может быть выполнена в виде дорожного полотна с направляющими устройствами, рельсового пути либо монорельса, а также в виде комбинации этих устройств. Пользователь на остановочном пункте выбирает пункт назначения, и система подает свободный вагон или направляет сюда попутный. Вагон с учетом топологии сети самостоятельно выбирает кратчайший путь до пункта назначения. Вся система имеет централизованное компьютерное управление на уровне распределения вагонов и обеспечения безопасности.

Первая система PRT эксплуатируется с 1975 г. в городе Моргантауне в США, где связывает учебные здания местного университета с несколькими комплексами студенческих общежитий. Общая протяженность сети 13,9 км, на которой имеется семь остановочных пунктов. В системе эксплуатируется 73 полностью автоматических вагонов. Вагоны системы вмещают 20 человек и передвигаются по подогреваемому в зимнее время бетонному полотну с направляющими со скоростью до 30 км/ч. Стоимость системы составила более 60 млн долл. США. Система бесплатно обслуживает 20 тыс. студентов, а для жителей города разовая поездка стоит 0,5 долл. Ввиду того что система проектировалась в начале 1970-х гг., она не имеет полного централизованного компьютерного управления, что компенсируется работой трех диспетчеров.

Наиболее современная система PRT в 2009 г. введена в строй в лондонском аэропорту Хитроу, где она связывает пятый, наиболее современный, терминал с удаленными автостоянками. Это первая полностью коммерческая система PRT в мире, и если эксплуатация будет успешной, ее существенно расширят. Система протяженностью 3,9 км имеет три станции и обслуживается 21 вагоном, может развивать скорость до 40 км/ч. Среднее время ожидания вагона после вызова составляет 12 с, а максимальное для 95% пользователей - не более 1 мин.

• Кабашкин И. В. Интеллектуальные транспортные системы: интеграция глобальныхтехнологий будущего // Транспорт Российской Федерации. 2010. № 2 (27). С. 34-38.
• Intelligent Transport Systems in action. Action Plan and Legal Framework for theDeployment of ITS in Europe / Directorate-General for Mobility and Transport ; EuropeanCommission. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2011.
• Benefits of Intelligent Transportation Systems Technologies in Urban Areas: A LiteratureReview. Final Report // Center for Transportation Studies of Portland State University. 2005.April.