Интеллектуальные транспортные системы: интеграция глобальных технологий будущего

Интеллектуальные транспортные системы: интеграция глобальных технологий будущего

И. В. КАБАШКИН, докт. техн. наук, профессор, президент Института транспорта и связи

Одним из реальных последствий информационной революции конца прошлого века является расширение процесса глобализации. В значительной степени этому способствует интеграция трех глобальных технологий: информационной технологии, телекоммуникации и транспорта.

Конвергенция информационной технологии и телекоммуникации стала практической основой образования глобального информационного общества [1]. Термины «инфокоммуникация» и «те-

лематика» (телекоммуникация + информатика) стали синонимами для обозначения процесса интеграции.

Одним из наиболее ярких проявлений комплексного подхода в развитии инфотелекоммуникационных техно-

и

- Безопасность -Сервисы

- Экология

Рис. 2. Место инфокоммуникационных технологий в развитии транспорта

логий стала целевая подпрограмма «Телематика», проводимая в рамках четвертой европейской программы Framework Program (FP) [2]. Более 400 выполненных научных проектов были скопонованы в трех основных направлениях (рис. 1): телематика для сервисов и общественных интересов, телематика для знаний и телематика для улучшения занятости и качества жизни. Четвертое направление, «горизонтальное», было ориентировано на разработку проектов телематики, поддерживающих и усиливающих проекты по трем основным направлениям.

На рубеже веков процессы глобализации отличает наряду с интеграцией двух указанных глобальных инфоком-муникационных технологий конвергенция третьей глобальной технологии — транспорта, что нашло практическое воплощение в создании ИТС.

В середине 80-х годов XX столетия в США, Японии и Европе начинаются крупномасштабные работы по созданию и развитию ИТС, или систем транспортной телематики. Вскоре на рынке появилась дешевая и доступная аппаратура спутниковых навигационных систем GPS (США), GLONASS (Россия) и находящейся в завершающей стадии внедрения европейской системы Galileo.

Рис. 1. Прикладные европейские программы в области телематики

Таблица 1. Сервисы пользователей ИТС

Группа ИТС Сервисы пользователей ИТС

Управление дорожным движением 1. Поддержка транспортного планирования

2. Управление дорожным движением

3. Управление в чрезвычайных транспортных ситуациях

4. Управление требованиями по транспортированию

5. Политика в области регуляции дорожного движения

6. Управление технической эксплуатацией инфраструктуры

Информация для путешественников 7. Информация перед поездкой

8. Информация во время движения для водителей

9. Информация во время движения для общественного транспорта

10. Индивидуальные информационные услуги

11. Дорожные руководства и навигация

Системы транспортных средств 12. Улучшение распознавания

13. Автоматизированное управление транспортным средством

14. Предупреждение лобовых столкновений

15. Предупреждение боковых столкновений

16. Системы безопасности

17. Системы предотвращения аварий

Коммерческие транспортные средства 18. Предтаможенные операции на коммерческом транспорте

19. Административные процессы на коммерческом транспорте

20. Автоматизированная инспекция безопасности на дорогах

21. Мониторинг безопасности в коммерческих автомобилях

22. Управление парком коммерческих транспортных средств

Общественный транспорт 23. Управление общественным транспортом

24. Управление транспортом по требованию

25. Управление комбинированным транспортом

Управление в чрезвычайных ситуациях 26. Сигнализация опасной ситуации и личная безопасность

27. Управление аварийно-спасательным транспортом

28. Опасные грузы и предупреждение инцидентов

Электронные платежи 29. Электронные финансовые перечисления

Безопасность 30. Безопасность в общественном транспорте

31. Безопасность инвалидов

32. Интеллектуальные перекрестки

Транспортная телематика интенсивно развивается для всех видов транспорта: наземного, авиационного, железнодорожного, водного. Особенно велика роль ИТС в решении задач интермодальности. Однако наиболее комплексные и масштабные исследования в области транспортной телематики проводятся для наземного транспорта, который и будет основным объектом рассмотрения в настоящей статье.

Роль ИТС в современном глобальном информационном обществе

В наши дни транспорт выступает как одна из главных движущих сил в экономическом развитии. Современная жизнь, с одной стороны, диктует новые требования к мобильности, а с другой — предъявляет все более жесткие требования к безопасности движения, требуя создания новых сервисов для пользователей в условиях развития всех составляющих транспортной системы с учетом рекомендаций экологической службы (рис. 2).

Ответственность за решение этой противоречивой задачи в значительной степени лежит на интеллектуальных транспортных системах. Основные направления и конкретные проекты создания ИТС определяются категорией пользователей, на которых

они ориентированы, и выбором тех сервисов, которые должны быть представлены указанным пользователям. Традиционно основными пользователями ИТС являются:

• водители общественного, коммерческого и индивидуального транспорта, в частности водители специальных категорий (инвалиды и пожилые люди);

• пешеходы и велосипедисты;

• пассажиры общественного транспорта;

• организации и компании, занятые в сфере перевозок пассажиров и грузов;

• общественные и коммерческие службы управления транспортом.

Всемирная дорожная ассоциация (PIARC) на основе опыта и тенденций развития систем транспортной телематики предложила классификацию [3], содержащую 32 сервиса пользователей ИТС, условно сгруппированных по восьми категориям (табл. 1).

Указанная классификация не ограничивается независимым развитием указанных сервисов, предполагается их комплексное использование для достижения синергетического положительного эффекта интеграции.

Предоставляя новые возможности для профессионалов в области транспорта, ИТС бросают им вызов, требуя освоения новых технологий и сотрудничества с разработчиками телекоммуникационных, навигационных и информационных технологий (рис. 3).

Архитектура ИТС

Архитектура систем транспортной телематики 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 предложены мультикритериаль-ные подходы к проектированию с учетом индивидуальных потребностей заказчика и необходимых пользовательских сервисов. В настоящее время широко используются два основных подхода к созданию архитектуры ИТС,

Рис. 3. Основные технологические компоненты транспортной телематики [4]

Рис. 4. Физическая архитектура ИТС США

Стандарты ИТС

Рис. 5. Взаимодействие основных составляющих архитектуры ИТС

разработанные в США (The US National ITS Architecture) и Европе (The European ITS Framework Architecture).

Американская национальная архитектура ИТС

В Америке национальная архитектура ИТС была разработана с 1993 по 1996 г. и базировалась на потребностях, изложенных в документе 1991 г. «Акт эффективности интермодальных транспортных операций». Предложенная архитектура, обеспечивающая общую модель для планирования, определения и интеграции ИТС, была разработана для поддержки развития и внедрения ИТС на 20-летний период в городской, межгородской и сельской среде США.

Начиная с первой версии 1996 г. архитектура непрерывно совершенствуется, и в конце 2003 г. появилась ее пятая модификация, остающаяся актуальной до настоящего времени [5].

Практическое применение архитектуры ИТС поддерживается специальной программой обучения, ориентированной как на государственные, так и на коммерческие структуры.

Архитектура ИТС содержит три уровня: два технических (транспортный и коммуникационный) и организационный. Технические уровни включают соответствующие компоненты системы, а организационный обеспечивает их поддержку и взаимодействие. На рис. 4 показана физическая архитектура ИТС с системной позиции высшего уровня, которая включает как транспортный, так и коммуникационный уровни архитектуры.

Транспортный уровень включает 22 взаимосвязанных подсистемы, распределенных по четырем классам: пассажиры, центры управления, транспортное средство и дорога. Коммуникационный уровень показывает связи между подсистемами. Каждая из подсистем де-

лится на пакеты оборудования (Equipment Packages), объединяющие одинаковые составляющие различных подсистем в группы, которые могут быть внедрены самостоятельно с учетом потребностей и сервисов ИТС.

Функциональность системы в целом определяется разработкой логической архитектуры ИТС, содержащей представленные в виде диаграмм потоки данных в системе. Взаимодействие основных составляющих национальной архитектуры ИТС показано на рис. 5.

Информационное взаимодействие всех составляющих архитектуры описывается через информационные интерфейсы, которые регламентируются национальными стандартами NTCIP (National Transportation Communications for ITS Protocol). Разработка конкретных региональных архитектур ИТС описывается в специально разработанном руководстве [6].

Европейская архитектура ИТС

В середине 90-х годов прошлого столетия 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. В дальнейшем в ходе реализации проекта FP круг вопросов европейской архитектуры ИТС был существенно расширен [7].

Европейская архитектура ИТС состоит из двух частей: пользовательских сервисов ИТС (табл. 1) и функциональной архитектуры (Functional Viewpoint), обеспечивающей реализацию указанных сервисов (рис. 6). Физическая и коммуникационная структуры не входят в состав регламентируемых составных частей архитектуры ИТС. Проект KAREN содержит руководство по их созданию, внедрению, оценке экономической эффективности, а также ряд примеров, иллюстрирующих практические подходы к их применению (рис. 7).

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, на основе общих принципов и в соответствии с общей моделью разработки

Рис. 6. Европейская рамочная архитектура ИТС

Рис. 7. Модель разработки локальных архитектур ИТС

(рис. 8). Для облегчения создания конкретных архитектур ИТС разработчики обеспечиваются специальным набором инструментальных средств, которые вместе с необходимыми базами данных образуют унифицированную среду разработки.

Интегрированные технологии — будущее интеллектуальных транспортных систем

Эксплуатация в гражданских целях глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) GPS и GLONASS открыла новую эру в использовании ИТС, появилась возможность получать информацию о местонахождении стационарных и мобильных объектов в любом месте и в любое время. Еще большие перспективы в этом направлении отк-

рываются с завершением ввода в эксплуатацию европейской спутниковой навигационной системы Galileo.

Однако целый ряд требований ИТС — высокая точность определения местоположения транспортных средств для управления ими в реальном масштабе времени, навигационное обслуживание аварийного транспорта, создание бесперебойного устойчивого навигационного сервиса в условиях тоннелей и многоэтажных городских застроек — не может быть обеспечен возможностями современных ГНСС. Для реализации этих требований требуется интеграция технологий позиционирования с технологиями беспроводной связи в целях создания непрерывной виртуальной среды транспортного управления в любых условиях.

В настоящее время при создании архитектуры современных приемников ГНСС наблюдается переход от аппарат-но-ориентированной технологии построения на базе чип-комплектов ASIC (application-specific integrated circuits) к программно-ориентированной технологии на базе сигнальных процессоров DSP (digital signal processor) [8]. Такой подход обеспечивает целый ряд преимуществ: сокращение времени разработки и риска при внедрении, простоту модернизации при разработке новых приложений, увеличение жизненного цикла при сокращении его стоимости и существенное увеличение надежности.

Переход к технологии DSP позволяет создавать навигационные средства, использующие как расширения ГНСС, так и возможности систем связи (рис. 9).

mm**

Рис. 8. Общеевропейская модель архитектуры ИТС

Стандартизация в области интеллектуальных транспортных систем

Процесс международной стандартизации является важнейшим средством обеспечения совместимости отдельных систем транспортной телематики. На мировом уровне стандартизация осуществляется Международной организацией стандартизации ISO (International Standard Organisation), а на европейском уровне — Европейским комитетом по стандартизации CEN (Comite Europeen de Normalisation).

Каждая страна, являющаяся членом этих организаций, имеет право вносить предложения по разработке новых и совершенствованию существующих стандартов. Стандарты утверждаются на основании принятых международных правил. Работы по стандартизации в области интеллектуальных транспортных систем проводятся рабочими группами WG (Working Group) в специальных технических комитетах ТС указанных международных организаций: CEN/TC 278 (табл. 2) и ISO/TC 204 (табл. 3).

Европейские стандарты CEN более конкретны и не противоречат стандар-

Рис. 9- Технологии, используемые для построения навигационных приложений ИТС

там ISO, положения которых носят общий характер. В последнее время наблюдается активное стремление к гармонизации процессов стандартизации в рамках обеих международных организаций, ISO и CEN.

Таким образом, вследствие глобализации, затрагивающей все стороны жизни мирового сообщества, необходимы интеграция и конвергенция современных глобальных технологий: информацион-

Таблица 2. Рабочие группы стандартизации комитета CEN/TC 278

Рабочие группы Наименование рабочей группы

WG1 Автоматическое управление доступом и взимание платежей

WG2 Системы управления грузовым транспортом и парком транспортных средств

WG3 Общественный транспорт

WG4 Транспортная и дорожная информация

WG5 Управление дорожным движением

WG6 Управление стоянками и парковками

WG7 Географические дорожные базы данных

WG8 Данные о дорожном движении: создание, хранение, распределение

WG9 Связь на короткие расстояния

WG10 Человеко-машинные интерфейсы

WG12 Автоматическая идентификация транспортных средств

WG13 Архитектура и терминология

WG14 Системы возврата угнанных транспортных средств

Таблица 3. Рабочие группы стандартизации комитета ISO/TC 204

Рабочие группы Наименование рабочей группы

WG1 Архитектура

WG2 Требования к качеству и надёжности

WG3 Технология баз данных транспортных информационных и управляющих систем

WG4 Автоматическая идентификация транспортных средств

WG5 Взимание платежей

WG6 Общее управление транспортным парком

WG7 Общее управление грузовым и коммерческим транспортным парком

WG8 Общественный и аварийный транспорт

WG9 Интегрированная транспортная информация, управление и контроль

WG10 Информационные системы для путешественников

WG11 Дорожные руководства и навигационные системы

WG14 Предупреждающие и управляющие системы в транспортных средствах и на дорогах

WG15 Связь на короткие расстояния для транспортных информационных и управляющих систем

WG16 Широкополосная связь/протоколы и интерфейсы

ных, телекоммуникационных и транспортных. Интеллектуальные транспортные системы — новое направление, активно развивающееся на стыке глобальных технологий. Многие проекты, казавшиеся фантастическими несколько лет назад, сегодня становятся реальностью.

На смену технологическим задачам по развитию технического прогресса приходят проблемы этического и психологического плана: развитие человека, его роль, место и ответственность в глобальной техногенной среде. Постановка и решение задач для создания мобильной высокотехнологической среды существования с учетом требований экологической безопасности — следующий этап в развитии глобальных технологий будущего.

Литература

1. Варакин Л. Е. Глобальное информационное общество: критерии развития и социально-экономические аспекты. — М.: МАС, 2001. — 44 с.

2. Kabashkin I. Transport Telematics. — Riga: RAU, 1999. — 342 p.

3. Chen K., Miles I. C. ITS Handbook 2000: Recommendations from the World Road Association (PIARC). — Boston; London: Artech House, 1999. — 434 p.

4. Telematics Master Plan Austria. Telematics Applications for Traffic and Transport. — Federal Ministry of Transport, 2004. — 19 p.

5. National ITS Architecture. — Federal Highway Administration, 2003.

6. National ITS Architecture Team. Regional ITS Architecture Guidance — Developing, Using and Maintaining on ITS Architecture for Your Region. Report No FHWA-0P-02-024, 2001.

7. Bossom R. FRAME-S Guide to Configuration Management and ITS Architecture Documentation. — Project FRAME-S Public Report D14, 2003. — 69 p.

8. Ruff S. On the road with GPS. — Traffic technology international, Aug/Sept. 2005. — P. 42-46.