Оборудование для интеллектуальных транспортных систем. Интеллектуальная транспортная система. Концепция Минпромторг безопасности дорожного движения с участием беспилотных транспортных средств
Интеллектуальные транспортные системы являются местом соприкосновения автотранспортной индустрии и индустрии информационных технологий и базируются на двух «китах» – моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков .
Определение ИТС дает нам представление о главных целях:
- Информативность и безопасность;
- Качественно новый уровень информационного взаимодействия участников дорожного движения
Западный инженер мыслит функциями, он в первую очередь сосредоточен на том, что должна делать система. В нашем же мышлении «зашито» объектное представление о мире, нам важны реальные объекты, то есть, мы думаем прежде всего о том, как будет работать система. Это различие не столь неуловимо, как может показаться с первого взгляда.
Приведу пример. Слово «сервер» для западного инженера обозначает нечто, предоставляющее услуги, сервис. То есть, функцию. Для нашего инженера «сервер» в первую очередь это железный ящик с лампочками, то есть, объект. Для придания смысла нам приходится использовать разнообразные костыли: «серверное приложение», «почтовый сервер», «сервер очередей» и т.п. И все равно, даже с костылями нам приходится нелегко – при словах «почтовый сервер» нам все равно представляется ящик с лампочками, который отправляет почту.
Все это совсем не шутки. Мыслить объектами реального мира, конечно, можно. Но это привилегия высочайших профессионалов , которые столь виртуозно владеют функциональной декомпозицией, что стороннему наблюдателю это становится незаметно. Глядя на жонглеров в цирке тоже может показаться, что подбрасывать и ловить предметы легко и просто. Но только полные идиоты могут искренне считать, что они могут повторить трюки жонглера без обучения и тренировки. К сожалению, то, что всем очевидно в цирке, далеко не всем очевидно в технологиях.
Здесь ИТС бессильны (фото из личной мобилки)
Одной из самых болезненных проблем в проектировании информационных систем у нас является доминирование объектов и инструментов над функциональностью. Многие заказчики искренне считают, что информационные системы решают проблемы. Тогда как на самом деле информационные системы позволяют решать проблемы. Мы говорим «электродрель сверлит дыру». А на самом деле «электродрель позволяет просверлить дыру». Попадая в смысловую ловушку, мы подсознательно уверены, что покупка электродрели равна дыре в стене. А потом выясняется, что нужно уметь пользоваться дрелью, что для дрели нужно электричество, что нужно закаленное сверло определенного диаметра, что будет шум и пыль и т.д. И если в примере с дрелью мы примерно представляем себе процесс работы и можем догадаться о том, что необходимо еще кроме покупки инструмента, то в случае более сложных систем мы можем пребывать в сладкой иллюзии до самого конца проекта.
Вернемся теперь к определению ИТС и рассмотрим его в новом свете. ИТС, повторюсь, базируется на моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков. «Наш человек», прочитав определение, тут же делает вывод о том, что ему нужны:
- Система для транспортного моделирования;
- Средства регулирования транспортных потоков.
Есть теперь у нас ИТС? Наш человек однозначно ответит «да». Западный человек однозначно ответит «нет». Потому что наш человек оценивает наличие оборудования, а западный человек оценивает выполнение соответствующих функций.
Спросите нашего человека, каким именно образом закупленное им оборудование будет способствовать достижению целей (см. определение ИТС): повышать информативность, безопасность и улучшать информационное взаимодействие? Скорее всего, ответа не будет. Потому что ответ лежит в области функциональной декомпозиции, позволяющей перейти от поставленных целей к функциям будущих систем, попутно цепляя все необходимое из смежных областей.
Вопрос о применении тех или иных элементов ИТС в городе тесно связан с пониманием того, как именно мы планируем достичь целей. И переходить к техническим характеристикам оборудования нужно только после того, как мы определим основные пути решения задач.
ТРАНСПОРТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Снова возвращаясь к определению ИТС, читаем, что ИТС "это интеллектуальная система, использующая инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков ".Под словами «инновационные разработки в моделировании транспортных систем» может скрываться все что угодно, но если опираться на логику и технические знания, можно предположить, о чем идет речь.
Любая автоматизированная система управления, к которой в полной мере относится ИТС, делает одну простую вещь: она собирает информацию об объекте управления, анализирует ее и оказывает на этот объект прямое или косвенное управляющее воздействие.
Объектом управления для ИТС являются транспортные потоки. Источником информации об объекте управления являются датчики и детекторы на дороге, смежные информационные системы и ввод данных оператором.
А вот для анализа информации об объекте управления необходимо заложить в систему некое представление об этом объекте, которое и называется моделью . Детальность и точность модели определяется исключительно задачами, стоящими перед ИТС.
Транспортные модели делятся на математические и имитационные . Первые оперируют известными законами движения транспорта, представленными в виде формул, систем уравнений и т.п. Вторые имитируют движение отдельных транспортных средств, поведение водителей, работу светофоров и т.п. На практике же чаще применяется некая смесь математических и имитационных моделей.
Например, системы транспортного моделирования на макро уровне (страна, город, микрорайон) оперируют демографическими данными, понятиями «граф дорог», «зона притяжения», «транспортный спрос и предложение». В них заложены данные о проценте использования автомобилей населением, о пропускной способности улиц, о количестве парковочных мест у торговых центров. Макро-модель использует в основном математические методы моделирования и пытается ответить на вопросы: «а зачем и куда все едут?», «а хватит ли пропускной способности улиц, чтобы всех обслужить?», «а что будет, если эту улицу перекрыть?» и т.п.
Пример интерфейса программного пакета для макро-моделирования PTV Visum ()
Микро-модели оперируют конкретными объектами из «реального мира» – регулируемый перекресток, транспортная развязка, сеть улиц, автомобиль. При этом микро-модель «знает» о количестве полос движения, о наличии подъемов/спусков, о характеристиках двигателей автомобилей (как быстро они могут тронуться), о правилах движения и остановки. Чтобы микро-модель заработала на полную мощность, ей на вход необходимо подать информацию из макро-модели: количество и состав транспортных средств в определенные моменты времени (сколько легковых и сколько грузовых машин, сколько автобусов, трамваев и т.п.), особенности поведения водителей (часто ли перестраиваются, как часто следуют указаниям знаков и табло, соблюдают ли правила парковки). Если данные макро-уровня верны, микро-уровень позволяет с высокой точностью имитировать реальный транспортный поток.
Пример интерфейса программного пакета для микро-моделирования Aimsun ()
Основным назначением транспортных моделей является проведение экспериментов . Мы можем проверить, как те или иные изменения в организации движения отразятся на трафике. Мы можем настроить светофоры, принять решения о расширении улицы, о запрете или разрешении поворотов, об организации одностороннего движения. Модель поможет разработать временные планы организации движения на период проведения крупных мероприятий – соревнований, уличных парадов и т.п. На уровне города транспортное моделирование позволит принять решение о последствиях для транспортной обстановки строительства очередного торгового центра или нового микрорайона. Другими словами, транспортная модель – незаменимое средство по благоустройству города без тяжких последствий.
Чем точнее модель, тем больше разнообразной информации она хранит. Поддерживать модель в актуальном состоянии означает отражать в ней все изменения реального мира – перекрытия движения, ремонты дорог, появление новых дорог, светофоров, полос движения, жилых районов, школ, офисов и торговых площадей. Поддержание модели в актуальном состоянии – это трудоемкий и ответственный процесс, предъявляющий высокие требования к квалификации персонала, к организации внутренних процессов, к качеству и стабильности информационных каналов.
Согласитесь, мало кто у нас изначально задумывается над тем, что же действительно стоит за словами инновационные разработки в моделировании транспортных систем . Ведь организовать подобного уровня процесс, обучить людей, оплачивать их труд, договориться о предоставлении качественных исходных данных с разными ведомствами равносильно гражданскому подвигу в нашей стране! И это уж точно не то же самое, что покупка и инсталляция на компьютер системы моделирования.
ФУНКЦИИ ИТС
Когда мы разобрались с моделированием и моделями, можно переходить к функциям ИТС.Вообще говоря, необходимость в ИТС при подобной постановке вопроса совсем не очевидна. Вполне вероятно, что большинство проблем удастся решить грамотным использованием имеющихся технических средств организации движения. Но когда имеющихся технических средств недостаточно, встает вопрос об использовании ИТС.
Не будем отходить от определения ИТС, и вспомним, что ИТС это не только "инновационные средства регулирования ", но еще и система, "предоставляющая конечным потребителям большую информативность и безопасность ".
Под «инновационными средствами регулирования» в условиях города понимают чаще всего сетевое координированное управление светофорами (так называемые «умные светофоры») и размещение цифровых информационных табло на развилках.
Также к средствам информирования относятся интернет-сайты для планирования поездок (наподобие известного сервиса Яндекс-пробки) и сервисы информационной поддержки водителей во время путешествия (разнообразные навигационные сервисы). Все это на самом деле тоже подсистемы ИТС, и в западных странах они являются частью единого информационного пространства.
Об «умных светофорах» я уже как-то писал на Хабре (ссылка), здесь же ограничимся быстрым пунктиром. Объединение светофоров в сеть само по себе очевидно и полезно, учитывая дешевизну электроники в наше время. При наличии системы уличного видеонаблюдения это позволит как минимум регулировать светофоры вручную, сидя в теплом офисе, а не стоя на грязной обочине с пультом.
Светофоры «умнеют» если перекресток снабжают системой детекторов транспорта, а в центре начинает работать специальный алгоритм. Необходимость в «умном» светофоре, а также настройки алгоритма управления определяют при помощи транспортной модели и специального «светофорного» модуля, позволяющего рассчитать начальные параметры цикла регулирования и определить границы автоматического управления.
Пример интерфейса программного пакета для конфигурирования «умных» светофоров TRANSYT (источник - «TRANSYT 14 User Guide»)
Точно так же определяется место установки цифровых табло и информация, которая на них будет выводиться в том или ином случае.
Очевидно, что элементы ИТС, устанавливаемые на городских улицах, должны заноситься в модель, и модель должна «знать» об алгоритмах работы адаптивных светофоров, табло и т.п. Например, для табло, рекомендующего выбирать для движения улицу А, а не улицу Б, в модели действует правило, что 80% автомобилистов последуют совету, а 20% традиционно проигнорируют, что тут же отразится на транспортных потоках. Современные системы моделирования умеют имитировать показания детекторов, размещаемых на виртуальных улицах, воздействие электронных табло и переменных знаков скоростных ограничений на транспортные потоки, позволяют создавать сложные управляющие сценарии в виде, пригодном для использования в ИТС. Пример сценария реагирования для ИТС: «Если детектор Х зафиксирует плотность потока 70%, то вывести на табло Y надпись M включить на светофоре Z режим N».
Управляющих сценариев может быть несколько сотен, при этом система транспортного моделирования может позволять автоматизировать процесс их генерации.
То есть, ИТС это не только оборудование на столбах и центр управления с громадным экраном. ИТС это в первую очередь интеллект – управляющие алгоритмы на основе моделирования реальных транспортных ситуации, а также процессы их составления, тестирования и внедрения.
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.
В настоящее время одной из важных проблем современных городов является сокращение времени и своевременность доставки пассажиров городским пассажирским транспортом. Из-за низкого уровня управления транспортными потоками и недостаточно развитой инфраструктуры транспортной сети это становится все более затруднительно. А также обостряются такие проблемы, как аварийность, рост потребления невосполнимых источников энергии, негативное влияние на окружающую среду, постоянные задержки при перевозке грузов и пассажиров всеми видами транспорта.
Развивая исключительно транспортную сеть, данную проблему решить невозможно, поскольку рост автомобилизации и рост использования автомобильного транспорта всегда превышают возможности по модернизации транспортной инфраструктуры.
Мировым транспортным сообществом решение было найдено в создании систем не управления транспортом, а транспортных систем, в которых средства связи, управления и контроля изначально встроены в транспортные средства и объекты транспортной инфраструктуры, а возможность принятия управленческого решения на основе получаемой в режиме реального времени информации доступна не только транспортным операторам, но и всем пользователям транспорта.
Данная задача решается путем построения интегрированной системы: люди, транспортная инфраструктура, транспортные средства; максимальным использованием новейших информационных управляющих технологий. Такие современные системы стали называть интеллектуальными. В последнее десятилетие словосочетание «интеллектуальная транспортная система» и аббревиатура ITS (ИТС) стали обычными в стратегических, политических и программных документах развитых стран.
Интеллектуальная транспортная система – это системная интеграция современных информационных и коммуникационных технологий, средств автоматизации с транспортной инфраструктурой, транспортными средствами и пользователями, ориентированная на повышение безопасности, эффективности транспортного процесса, комфортности для водителя и пользователей транспорта.
В основе системы ИТС – оптические датчики, следящие за дорогой. На перекрестках они передают сигналы на специальный модуль в автомобиле, те синхронизируют получаемые данные с информацией, поступающей от навигационных систем, и предупреждают водителя о сложившейся ситуации (чем это может грозить).
Российская ИТС позволяет обеспечить:
1. Информирование водителей о нарушении ими правил дорожного движения и эксплуатации автомобиля, а также о долгосрочном и краткосрочном прогнозе о состоянии условий дорожного движения;
2. Автоматическую фиксацию случаев нарушения правил дорожного движения для выявления и наказания виновных;
3. Повышение внимания водителей при управлении в различных напряженных условиях движения;
4. Сокращение времени поездок пассажиров всеми наземными видами городского транспорта, что в настоящее время весьма актуально;
5. Увеличение пропускной способности улиц и дорог города за счет регулирования транспортных потоков и формирования предупредительной информации об условиях дорожного движения;
6. Обеспечение возможности выбора пассажиром оптимального маршрута движения общественным транспортом от начальной и до конечной точки с учетом маршрутов, расписаний движения маршрутов общественного транспорта, а также в дорожной ситуации и плотности транспортного потоков;
7. Оптимизацию маршрутов движения транспортных средств с учетом актуальности состояния дорожного движения и динамики изменения транспортных заторов.
В настоящее время в РФ ведется разработка и внедрение интеллектуальных транспортных систем различного масштаба, однако назрела необходимость создания ИТС нового поколения, соответствующей сценарию инновационного развития, направление которому задано транспортной стратегией развития РФ до 2030 года.
Создание Российской Ассоциации ИТС – наиболее очевидный путь развития, учитывая высокие темпы развития инновационных технологий и насущную потребность государства в более эффективном использовании транспортного ресурса при одновременном уменьшении последствий автомобилизации и уменьшении людских потерь.
Использующая инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков, предоставляющая конечным потребителям большую информативность и безопасность, а также качественно повышающая уровень взаимодействия участников движения по сравнению с обычными транспортными системами.
Несмотря на то, что фактически ИТС может включать все виды транспорта, европейское определение ИТС согласно директиве 2010/40/EU of 7 July 2010 трактует ИТС как систему, в которой применяются информационные и коммуникационные технологии в сфере автотранспорта (включая инфраструктуру, транспортные средства, участников системы, а также дорожно-транспортное регулирование), и имеющую наряду с этим возможность взаимодействия с другими видами транспорта.
Предпосылки
Интерес к ИТС появился с приходом проблем дорожных заторов как результат объединения современных технологий моделирования, управления в реальном времени, а также коммуникационных технологий. Дорожные заторы появляются по всему миру как результат увеличивающейся автомобилизации, урбанизации, а также как роста населения, так и увеличивающейся плотности заселения территории. Дорожные заторы уменьшают эффективность дорожно-транспортной инфраструктуры, увеличивая таким образом время пути, расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды.
Интеллектуальные транспортные технологии
ИТС различаются по применяемым технологиям: от простых систем автомобильной навигации, регулирования светофоров, систем регулирования грузоперевозок, различных систем оповестительных знаков (включая информационные табло), систем распознавания автомобильных номеров и систем регистрации скорости транспортных средств, до систем видеонаблюдения, а также до систем, интегрирующих информационные потоки и потоки обратной связи из большого количества различных источников, например из систем управления парковками (Parking guidance and information (PGI) systems), метеослужб, систем разведения мостов и прочих. Более того, в ИТС могут применяться технологии предсказывания на основе моделирования и накопленной ранее информации.
Беспроводная связь
В ИТС могут использоваться различные виды беспроводной связи.
Например, может использоваться радиосвязь на большие (ДМВ) и короткие (УКВ) расстояния.
На небольших расстояниях может использоваться беспроводная связь по стандартам IEEE 802.11 (Wi-Fi), особенно стандарт IEEE 802.11p (WAVE). Также, например, в США используется стандарт DSRC , продвигаемый американской общественной организацией интеллектуального транспорта и департаментом транспорта США .
Вычислительные технологии
Современные разработки в технологиях встраиваемых систем позволяют использовать операционные системы реального времени, а также более высокоуровневые приложения, дающие возможность применять разработки в области искусственного интеллекта. Рост мощностей процессоров, используемых во встраиваемых системах, а также повышение их совместимости с процессорами в персональных компьютерах, ведёт к расширению возможностей повторного использования кода и переносу более интеллектуальных сервисов с уровня ПК в уровень встраиваемой системы.
См. также
Ссылки
- Railway Safety, Reliability, and Security: Technologies and Systems Engineering. Francesco Flammini (IEEE Computer Society, Italy)
- Интеллектуальные транспортные системы на сайте ФЦП «Повышение безопасности дорожного движения в 2006-2012 годах»
- Иностранный опыт: Интеллектуальные транспортные системы