close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Аникев Е. А. Связь и информационное обеспечение транспортного процесса и участников дорожного движения

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
Е.А. Аникеев
Связь и информационное обеспечение
транспортного процесса и участников
дорожного движения
Учебное пособие
Воронеж 2007
УДК 656.13:681.3
А 67
Н а у ч н ы й р е д а к т о р д-р техн. наук, проф. В.К. Зольников
Р е ц е н з е н т ы : кафедра информационных систем Воронежского института
высоких технологий; канд. техн. наук, лауреат Государственной премии РФ,
нач. отделения ФГУП НИИЭТ В.П. Крюков
Аникеев, Е. А.
А 67
Связь и информационное обеспечение транспортного процесса и
участников дорожного движения [Текст] : учеб. пособие / Е. А. Аникеев ; Фед.
агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2007. –
263 с.
ISBN 978-5-7994-0261-7 (в обл.)
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 240400 (190702) –
Организация и безопасность движения (автомобильный транспорт) по дисциплинам «Связь и
информационное обеспечение транспортного процесса» и «Информационное обеспечение
участников дорожного движения». Рассмотрены вопросы разработки и эксплуатации средств
автоматизации управления транспортным процессом и информационных транспортных
систем с использованием современных телекоммуникационных технологий, навигационных
систем, средств автоматизированной идентификации объектов. Описаны основные этапы
разработки и внедрения информационных систем управления автотранспортным
предприятием, рассмотрены вопросы взаимодействия между различными видами
транспорта.
Издание предназначено и для студентов других специальностей, связанных с
автомобильным транспортом: 150200 (190601) – Автомобили и автомобильное хозяйство,
260100 (250301) − Лесоинженерное дело, 170400 (150405) – Машины и оборудование
лесного комплекса, а также может быть полезно для работников предприятий и организаций,
занимающихся созданием и эксплуатацией систем данного типа, а также студентов и
аспирантов специальностей, связанных с управлением транспортом.
УДК 656.13:681.3
ISBN 978-5-7994-0261-7
© Аникеев Е.А., 2007
© ГОУ ВПО «Воронежская государственная
лесотехническая академия», 2007
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………………………..
4
ГЛАВА 1 Информационные системы управления автотранспортом
1.1. Пользователи информационных систем…..………………………...
1.2. Автотранспортные системы управления…………………………….
1.3. Автоматизированные системы управления дорожным движением.
7
12
26
ГЛАВА 2 Техническое и информационное обеспечение
транспортного процесса
2.1. Связь в управлении транспортом.………………………………….... 36
2.2. Глобальные навигационные сети…………………………………..... 109
2.3. Информация в управлении автотранспортным предприятием…..... 115
ГЛАВА 3 Информационные системы управления
автотранспортным предприятием
3.1. Структура и задачи автотранспортного предприятия ……………...
3.2. Структура информационной системы автотранспортного
предприятия……………………………………………………….......
3.3. Создание информационной системы управления…………..............
3.4 Автотранспортные геоинформационные системы………………….
3.5 Применение информационных систем………………………………
ГЛАВА 4 Региональные информационные системы управления
транспортными потоками
4.1. Управление транспортными потоками в регионе………….……….
4.2. Автоматизированная система управления дорожным движением в
городе Воронеже…………………......……………..............................
4.3. Информационная система управления ГИБДД Воронежской
области………………………………………………………………....
4.4. Информационная система управления транспортными потоками...
Заключение…………………………………………………………………
Библиографический список………………………………………………
129
135
140
151
170
191
201
228
237
247
248
4
ВВЕДЕНИЕ
Специальность 240400 (190702) − Организация и безопасность
движения (автомобильный транспорт) предусматривает подготовку
специалистов, которые в зависимости от вида профессиональной
деятельности могут успешно решать задачи производственнотехнологической,
организационно-управленческой,
научноисследовательской, проектной деятельности, включая исследование,
разработку, проектирование и эксплуатацию систем переработки
информации и автоматизации управления производственными
системами. Необходимость развития данной специальности и ее
значение для хозяйства России обусловлено тем, что в
совершенствовании хозяйства страны большое значение имеет
именно интеграция информационных систем управления отдельных
его звеньев.
Решая профессиональные задачи, инженер специальности
«Организация и безопасность движения»:
выполняет
работы
в
области
научно-технической
деятельности по организации и управлению движением с
использованием современных технических средств и
автоматизированных систем управления движением, в т. ч.
навигационных систем;
выполняет
работы
по
оптимизации
распределения
транспортных потоков на улично-дорожной сети;
рассчитывает режимы работы технических средств
организации дорожного движения;
организует мониторинг характеристик транспортных потоков
и анализ полученной информации для оценки качества
организации дорожного движения;
5
осуществляет надзор и контроль над состоянием и процессом
эксплуатации транспортных средств;
организует разработку программ обеспечения безопасности
дорожного движения.
Выпускники по направлению подготовки дипломированного
специалиста «Организация перевозок и управление на транспорте»
могут заниматься профессиональной деятельностью в области
разработки комплексных схем организации дорожного движения и
проектов организации дорожного движения, комплексной оценки
эффективности методов и средств организации дорожного движения,
осуществлять эксплуатацию автоматизированных систем управления
дорожным движением. Инженеры, подготовленные по специальности
240400 (190702) − Организация и безопасность движения
(автомобильный транспорт), могут заниматься исследованием и
моделированием транспортных потоков, анализом безопасности
дорожного движения и разработкой мероприятий по устранению
причин дорожно-транспортных происшествий, а также вопросами
защиты окружающей среды в транспортном процессе.
Эти направления с различной степенью подробности
рассмотрены в предлагаемом учебном пособии. Представленный
материал охватывает основные разделы рабочих программ по
дисциплинам «Связь и информационное обеспечение транспортного
процесса» и «Информационное обеспечение участников дорожного
движения» для специальности 240400 (190702) – Организация и
безопасность движения (автомобильный транспорт) по направлению
подготовки дипломированного специалиста 653400 – Организация
перевозок и управление на транспорте.
В учебном пособии освещены основные вопросы создания и
внедрения
информационных
систем
управления
транспортными
6
процессами, создания и внедрения информационных систем
управления в автомобильном транспорте. Рассмотрены вопросы
применения корпоративных информационных систем, спутниковых
навигационных систем управления подвижными объектами,
взаимодействие с телекоммуникационными сетями, а также вопросы
информационного и технического обеспечения информационных
систем управления автотранспортом.
7
ГЛАВА 1. Информационные системы
управления автотранспортом
1.1. Пользователи информационных систем
Возрастающая сложность задач управления влечет за собой
циклический процесс дифференциации и интеграции управленческого труда. Этим обусловлено постоянное увеличение разнообразия и
объема потоков управленческой информации. В современном процессе оперативного управления для передачи информации нужны
сотни документов [4, 8, 9-11, 23, 53, 55].
Разнородность потоков информации требовала увеличение числа управленцев и их специализацию на все более узких функциях.
Кроме того, согласование работы и информационного обмена этих
функций становилась все более сложной и трудоемкой задачей. Это, а
также фрагментарность информационных потребностей, приводило к
многократному дублированию информации, выбор как можно более
простых методов решения задач, ограничение согласования различных решений. Современное оперативное управление невозможно без
увязки со стратегическими задачами предприятия. Скорость изменения ситуации на рынке подразумевает повышение роли актуализации
данных для планирования.
Все это вызвало необходимость совершенствования систем
управления. В качестве основной выделяют задачу повышения актуализации информационной системы (ИС) управления.
В настоящее время на первый план выдвинулась проблема интеграции систем управления на содержательном уровне. Задача состоит в том, чтобы фиксировалось всякое существенное изменение в
8
состоянии объекта управления или в управленческих решениях, а
информация о нем оперативно доводилась до лиц, решения и действия которых принимаются под влиянием подобных изменений.
Решение поставленной задачи возможно только при наличии
ИС, реально отражающей функционирование управляемого объекта
и удовлетворяющую разнообразные информационные потребности
ее пользователей.
Структура и состав ИС зависят от принятых на предприятии
методов организации управления, структуры его аппарата управления. Последняя и определяет состав пользователей, их участие в
принятии управленческих решений и ответственность за их реализацию. В качестве пользователей могут быть приняты различные лица,
имеющие непосредственное отношение к информационной системе.
Это программисты и системотехники, разрабатывающие ИС работники, непосредственно принимающие управленческие решения, для
которых, как для конечных пользователей, проектируется ИС.
Таким образом, «пользователем» будем понимать любое подразделение, откуда поступает или куда передается информация, или
конкретное лицо, ответственное за функционирование работ по
планированию производственных процессов, учету и анализу их
протекания, а также регулированию в случае возникновения недопустимых отклонений. В связи с этим объем информации, необходимый пользователю для реализации основных функций управления и принятия управленческих решений, будем называть информационной потребностью пользователя (ИПП) соответствующего
ранга. Естественно, что на разных уровнях принятия управленческих
решений требуется различная информация по объему, содержанию
и форме. Следовательно, в зависимости от рангов пользователей
определяются и соответствующие ИПП. В связи с этим, вопросы
9
анализа и определения информационных потребностей являются одними из главных при проектировании ИС и систем управления в целом [71, 76, 78].
Необходимо отметить, что от правильности определения ИПП
в полной мере зависит и выбор технических средств сбора, регистрации данных, технологические процессы их преобразования и
формирования итоговой информации, методы и сроки ее использования, проектирование математического и ПО ИС. Как правило, при
проектировании ИС и АСУ в целом традиционно допускается серьезный методологический просчет. Определение потребностей в информации может быть осуществлено различными методами.
Первый подход заключается в попытке определения объективных информационных потребностей управления в целом, исходя из
анализа целей и функций системы. На основе такого анализа можно
выявить информационные потребности, определяя задачи ИС в целом.
Второй подход заключается в выяснении основных задач ИС с
точки зрения пользователей, а также выяснения информационных услуг ИС пользователям.
Оба эти подхода достаточно абстрактны, субъективны и не могут быть объективным основанием для синтеза эффективных ИС
управления.
Способом определения информационных потребностей пользователей может стать анализ задач управления, структуры документооборота, интервьюирование потенциальных пользователей создаваемой ИС, выяснение роли каждого пользователя в принятии управленческих решений. С помощью такого анализа выявляется информация,
необходимая для управления, и структура ИС управления.
10
Информационная потребность пользователя может быть определена как минимальный объем информации, необходимый и достаточный для принятия решения. Таким образом, определяя этот объем
для известного числа пользователей, можно выявить информационные контуры и структуру ИС.
Совокупность информации по каждому объекту на всех стадиях
выполнения перевозок, необходимая пользователю для управления
ими, и представляет ИПП.
Основные функции системы управления могут заключаться в
следующем:
планирование, включающее в себя такие процессы, как моделирование и прогнозирование производственных ситуаций;
учет, осуществляющийся по итогам действия управленческого цикла, когда завершается выполнение программы или же
конкретной задачи;
анализ деятельности прошлой деятельности производственной системы, необходимый для начала очередного управленческого цикла;
контроль и регулирование производственной системы, посредством которых действующие в системе процессы удерживаются в границах установленной для системы программы.
В сфере автотранспортных перевозок в системе управления велика роль таких функций, как планирование, контроль и регулирование. В автотранспортной системе основными являются две службы.
Техническая служба обеспечивает высокую техническую готовность
подвижного состава. Эксплуатационная занимается вопросами его
высокопроизводительного использования. Все остальные службы
должны способствовать достижению этих целей. При этом общие
11
направления и принципы развития управленческого процесса во всех
службах должны быть едины.
Таким образом, определение состава, содержания и взаимосвязей функций управления является основополагающим и наиболее
сложным этапом работы по совершенствованию системы управления.
Для каждой из служб автотранспортной системы характерны
внешние и внутрипроизводственные связи, круг задач, а также свои
методы планирования, контроля и регулирования. Главными из этих
служб являются служба организации перевозочного процесса, решающая задачи управления перевозками грузов и пассажиров, а также техническая, осуществляющая управление техническим обслуживанием и ремонтом подвижного состава.
Основная доля информации для принятия управленческих решений пользователям в этих службах должна выдаваться по заранее
определенным процедурам в заранее определенные сроки. Документация, в которой зафиксирована такая информация, обычно имеет типовое содержание и формируется в конкретные сроки.
Основными недостатками существующих ИС АТП, снижающие
эффективность их функционирования, можно считать следующие:
избыточность информации, получаемой пользователями на
разных уровнях управления;
недостаточное владение пользователями всеми необходимыми им возможностями ИС;
недостаточная связь пользователей ИС, отсутствие регламента обмена информацией между пользователями ИС.
12
1.2. Автотранспортные системы управления
В настоящее время применяются с высокой эффективностью
достаточно большое количество систем ИП АТП и ИТС различного
назначения. Конечной целью любой ИТС является оптимизация
транспортных маршрутов движения любого вида транспорта (принадлежащего частным лицам, организациям с частной или государственной формой собственности) с обеспечением комфортных и безопасных условий [85-88, 108].
Современные системы ИП АТП, в том числе и геоинформационные, практически позволяют значительно повысить эффективность
систем комплексной автоматизации управления и реализации процессов жизненного цикла (ЖЦ) оказания услуг. Тенденция их развития
позволяет сделать вывод о том, что в конечном итоге будут созданы
системы ИП АТП, которые интегрируют возможности комплексов
информационной поддержки первого и второго типа. В настоящее
время такие системы уже разрабатываются.
Системы ИП АТП можно отнести к основным, а все остальные
ИТС к вспомогательным, так как они призваны обеспечить безопасные и комфортные условия всем участникам дорожного движения
при выполнении ими производственных или индивидуальных задач.
В настоящее время наиболее широко применяются несколько
десятков ИТС различного назначения. Под ИТС понимаются системы, использующие информационные и компьютерные технологии
для совершенствования процесса перевозки грузов и пассажиров и
управления дорожным движением. Приведѐм некоторые, наиболее
важные, ИТС.
Информационные системы управления дорожным движением
– комплекс современных технических и программных средств управ-
13
ления дорожным движением по оперативному отслеживанию характеристик дорожного движения, выявлению проблемных ситуаций,
реагированию на них и информированию участников движения об их
поведении
Системы управления движением на скоростных автомобильных дорогах – средства контроля, оповещения и управления движением на скоростных автомобильных дорогах.
Системы обнаружения дорожно-транспортных происшествий –
технические средства и методы выявления дорожно-транспортных
происшествий, транспортных заторов и других ситуаций, возникающих при нарушении нормальных условий движения.
Системы управления в опасных ситуациях – методы и средства
восстановления движения после дорожно-транспортных происшествий и заторов.
Системы информирования водителей – методы и средства информирования водителей о дорожных условиях и характеристиках
транспортных потоков в реальном масштабе времени.
Системы наблюдения за дорожным движением – мониторинг
характеристик транспортных потоков в режиме автоматизированных
систем управления дорожным движением.
Закрытые телеавтоматические системы наблюдения – средства
регистрации нарушений правил и контроля параметров дорожного
движения.
Автоматизированные системы управления перевозочным процессом – методы и средства управления грузовыми и пассажирскими
перевозками.
Интегрированные системы общественного транспорта – системы, осуществляющие планирование и управление пассажирскими перевозками на различных видах транспорта.
14
Системы информирования о поездке – универсальные сервисные системы, предоставляющие всем участникам транспортного процесса текущую информацию на всех этапах (до начала, во время и
после окончания поездки).
Системы автоматической идентификации транспортных
средств – системы распознавания транспортных средств, использующиеся в средствах автоматической оплаты за проезд, доступа в определенные зоны улично-дорожной сети, платы за парковки, выявления
нарушений установленных режимов движения.
Электронные системы оплаты, занимающиеся сбором платежей за проезд на платных автомобильных дорогах в безостановочном
режиме.
Автомобильные навигационные системы, выполняющие функции информирования всего процесса прохождения маршрута при
движении от пункта отправления до пункта назначения в режиме реального времени.
Системы предотвращения столкновений – бортовые автомобильные системы определения безопасной дистанции при данных дорожных условиях и скорости движения, с некоторыми функциями по
непосредственному управлению автомобилем.
Реализация проектов развития ИТС осуществляется на уровне
ряда международных проектов и программ, в которых принимают
участие многие страны. Практически во всех странах приняты национальные и региональные программы развития ИТС.
Рассмотрим основные направления развития ИТС.
Международный общеевропейский проект EDEN (European
Data Exchange Network) внедряется во многих европейских странах,
начиная с 1996 года (рис. 1.1). В его рамках создаѐтся глобальная информационная сеть и общая база данных для обслуживания ИТС, с
15
помощью которых осуществляется оперативный обмен данными о
характеристиках дорожного движения, решения задач по управлению
движением и перевозками. Структура этой сети включает три уровня
иерархии: европейский, региональный и национальный. Под региональным уровнем понимается объединение баз данных и сети нескольких стран, находящихся в одной географической зоне Европы.
Европейский уровень
Обмен данными по европейской транспортной сети (EDEN)
Транснациональный уровень
CENTRICO
SERTI
CORVETTE
Германия
Франция
Германия
Италия
VIKING
Национальный уровень
Англия
Германия
Франция
Бельгия
Нидерланды
Люксембург
Испания
Италия
Австрия
Германия
Финляндия
Норвегия
Дания
Швеция
Рис. 1.1. Структура участников европейской базы обмена данными по транспортной сети для использования в
интеллектуальных транспортных программах
Структура участников европейской базы обмена данными по
транспортной сети показывает, что некоторые страны участвуют од-
16
новременно в реализации нескольких транснациональных проектов.
Это снимает многие проблемы при интеграции баз данных.
Многие страны участвуют в европейских исследовательских
программах DRIVE I и DRIVE II, которые применяются в различных
сферах управления транспортным процессом.
1. Управление перевозочным процессом и планирование индивидуальных поездок:
дотранспортная информация;
оценка спроса на перевозки;
информация клиентам о маршрутной сети, планирование
поездок;
бронирование транспортных услуг;
маршрутное ориентирование, динамический контроль прохождения маршрута;
управление приоритетным движением маршрутного транспорта;
интегрированные системы управления перевозками.
2. Управление дорожным движением:
мониторинг характеристик транспортных потоков;
сбор данных об условиях движения с помощью контрольных «плавающих» автомобилей;
оценка состояния покрытия;
сетевое управление светофорной сигнализацией;
управление движением на скоростных дорогах;
обнаружение дорожно-транспортных происшествий и заторов, управление движением в этих опасных ситуациях;
автоматическая электронная плата за проезд и парковку;
организация виртуальных центров управления движением;
мониторинг загрязнения окружающей среды;
17
оценка качества функционирования транспортной сети.
3. Управление в чрезвычайных ситуациях:
выработка стратегии управления в конкретных ситуациях;
маршрутная навигация и предоставление приоритета специальным транспортным средствам;
оперативное изменение схем организации дорожного движения.
4. Информационное обеспечение участников движения
информация по радиоканалам;
интерактивная информация;
автономное руководство маршрутом;
динамическое руководство маршрутом;
интегрированные системы управления базами данных о дорожном движении;
бортовые информационные устройства.
В рамках этих программ в некоторых странах осуществлено
внедрение и эксплуатация новых городских систем управления движением. В частности, такие системы внедрены в Германии
(MOTION), Франции (PRODYN), Италии (UTOPIA), Японии
(STREAM). Создание систем с новыми функциями происходит путем
модернизации существующих типовых АСУДД (SCOOT, SCATS),
используя технологии ИТС. Таким образом, удается сохранить эффективность систем и при значительном возрастании транспортной
нагрузки, обеспечивая сокращение времени поездки на 10-20 %.
Возможность получения реальной, персонифицированной и
оперативной информации в процессе дорожного движения представляет значительную проблему для большинства водителей и пассажиров. В рамках проекта PROMISE создаѐтся база данных, с помощью
которой ИТС могут информировать участников движения об услови-
18
ях на маршруте поездки, используя для этого различные средства
связи: мобильную связь GSM, Интернет, периферийные терминалы,
электронные табло. При этом обеспечивается планирование маршрутов и контроль их прохождения.
Система PROMISE эксплуатируется в Германии, Франции,
Швеции, Финляндии, Шотландии, Нидерландах. При разработке проекта PROMISE учтены следующие потребности участников движения
в информационном обеспечении:
наряду с общей информацией для всех участников движения, существует мотивация каждого водителя и пассажира в
получении персональной информации, поэтому для коммерческого успеха таких ИТС необходима сегментация информационных потоков;
информация должна быть прямой, оперативной, характеризовать ситуацию для пользователя в данное время и в данной точке сети;
в дополнение к основной информации при планировании
поездки существует потребность в дополнительном информационном сервисе о парковках, расписании движения других видов транспорта, специфическая информация для пожилых людей и инвалидов.
Система обеспечивает постоянный доступ клиентов к динамической информации об условиях поездки и характеристиках транспортных потоков.
Во Франции разработана концепция системы CLAIRE для реализации управляющих воздействий в условиях заторов.
19
Она выполняет следующие основные функции:
cбор и обработка информации о характеристиках транспортных потоков для оценки состояния потока и выявления
заторов;
мониторинг заторовых ситуаций для оценки динамики их
развития;
дополнительные функции мониторинга заторовых ситуаций,
используя телефонные сообщения участников дорожного
движения;
разработка стратегии управления дорожным движением в
условиях заторовой ситуации;
передача управляющих воздействий и рекомендаций городской системе управления дорожным движением.
дополнительный интерфейс для специфической информации
различных пользователей (передача информации для управляемых дорожных знаков, информация телефонной станции,
информации о ДТП в городской системе управления движением).
В конечном счете, все эти функции должны обеспечить поиск
и назначение альтернативных маршрутов для устранения последствий транспортных заторов. Соответственно система CLAIRE выполняет две основных задачи: выявление факторов, снижающих пропускную способность элементов улично-дорожной сети и анализ условий формирования затора. Поэтому CLAIRE является оптимизационной системой, которая передает управляющие воздействия городской
системе управления движением, в реальном масштабе времени
управляющей работой 450 светофоров.
Для оценки эффективности системы CLAIRE и ее влияния на
изменение продолжительности поездки были проведены сравнитель-
20
ные испытания АСУДД в двух режимах (еѐ работа совместно с
CLAIRE и в автономном режиме). Измерение продолжительности поездки производилось в вечерние часы «пик» для каждого из этих двух
режимов. Для этой цели использовались шесть «плавающих» автомобилей. Результаты исследований приведены в табл. 1.1.
Увеличивается не только скорость сообщения. Возрастает стабильность скоростного режима, о чем свидетельствуют сравнительные гистограммы распределения скорости (рис. 1.2).
Таблица 1.1
Изменение параметров поездки в заторовых ситуациях
Режим
управления
АСУДД
АСУДД+
CLAIRE
Снижение
времени
поездки
Скорость сообщения, км/ч
8-15 %
14-18
12-21%
18-20
Опыт использования системы CLAIRE при управлении движением в заторовых ситуациях показал, что интегрированные ИТС могут координировать работу с существующими системами управления
дорожным движением, эффективно обрабатывать информацию в режиме реального времени и разрабатывать стратегию управления,
обеспечивающую оперативную и адекватную реакцию на изменение
транспортной нагрузки. Система CLAIRE позволила совместно с
функциями системы управления движением управлять движением
автобусов на маршрутной сети.
Разнообразные проекты развития ИТС разработаны в США. К
ним относятся проекты: FAST (Лас-Вегас) – управление движением
на скоростных дорогах, CARAT (Северная Каролина) – выявление за-
21
торов и ограничение объемов движения в заторовых ситуациях,
TransStar (Хьюстон) – управление дорожным движением, CHART
(Мэрилэнд) – информационное обеспечение дорожного движения,
ATCAS (Калифорния) – мониторинг характеристик транспортных потоков и учет движения на платных дорогах, Escort (Даллас) – управление дорожным движением, Navigator (Джорджия) – информационное обеспечение дорожного движения.
Информационные транспортные системы интенсивно развиваются в странах Юго-Восточной Азии (табл. 1.2). Эти данные показывают, что практически все функции по управлению перевозками и
движением осуществляются с использованием технологий ИТС.
25
20
20
Доля, %
Доля, %
15
10
5
15
10
5
0
0
10
14
18
22
26
Скорость сообщения, км/ч
30
10
14
18
22
26
30
Скорость сообщения, км/ч
Рис. 1.2. Гистограмма распределения скорости в заторовых ситуациях при работе типовой АСУДД (слева) и при работе
интеллектуальной транспортной системы CLAIRE (справа)
Информационная транспортная система в г. Квашон (Южная
Корея) включает следующие основные подсистемы: управления дорожным движением, контроля скоростного режима, навигационная
система динамического определения маршрута, информирования
22
пассажиров общественного транспорта, электронной оплаты за проезд, взвешивания транспортных средств в движении, информации о
парковках, информирования водителей. Структурная схема этой системы приведена на рис. 1.3.
Автоматизированная система управления движением выполняет функции управления светофорными объектами на уличнодорожной сети на основе информации, которая поступает от 160
транспортных детекторов, видеокамер и детекторов идентификации
транспортных средств [118].
Автоматизированная система контроля скорости осуществляет
непрерывный мониторинг скоростных режимов в четырех наиболее
опасных зонах. При этом фиксируются номер автомобиля, время и
место нарушения, скорость в момент регистрации.
Навигационная система динамического определения маршрута
с помощью GPS определяет местоположение автомобилей и автобусов, рассчитывает оптимальные маршруты и обеспечивает контроль
их прохождения.
Информационная система общественного пассажирского
транспорта сообщает пассажирам в реальном режиме времени о движении автобусов по маршрутной сети.
Электронная система оплаты функционирует на скоростной
магистрали и, используя технологии интеллектуальных транспортных
систем, работает в безостановочном режиме.
Система информации о парковках с помощью электронных
табло информирует водителей о наличии свободных мест на определенных стоянках. В единую систему связаны шесть парковок.
Система информирования водителей с помощью радиоканалов
и визуальной информации сообщает водителям ситуацию на сети с
тем, чтобы они могли заблаговременно скорректировать маршрут
движения.
23
Таблица 1.2
Таиланд
Индонезия
Филиппины
дорожным движением
Малайзия
Система управления
Сингапур
Компоненты ИТС
Австралия
Страна
+
+
+
*
*
*
+
+
-
*
-
-
+
+
*
*
-
-
*
-
-
-
-
-
*
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Система управления
общественным
транспортом и система
информирования
пассажиров
Электронная система
оплаты за проезд в общественном транспорте
Маршрутная навигация
и выбор маршрута
Система управления
грузовыми перевозками
Электронная система
оплаты за проезд
по дороге как средство
ограничения движения
+
в наличии
-
отсутствуют
*
требуют развития
24
Автоматизированная система
управления движением
Автоматизированная система
управления общественным
транспортом
Регистрация нарушений
и выявлений ДТП
Управление движением
автобусов
Управление светофорными
объектами
Управление общественным
транспортом
Электронная система оплаты
проезда
Городской центр управления информационной
транспортной системой
Автоматизированная система
дорожной информации
Автоматизированная система
взвешивания автомобилей
в движении
Регистрация нарушений
и выявление ДТП
Динамическое руководство
маршрутами движения
Информационная система
парковки
Рис. 1.3. Функции ИТС в г. Квашон
Широко применяются ИТС на Тайване. Одним из них является
экспертная система управления движением на скоростных магистралях. Система функционирует в реальном режиме времени и вырабатывает управляющие воздействия при возникновении критических
ситуаций, таких как заторы, дорожно-транспортные происшествия,
ухудшение погодных условий и другие специфические ситуации.
25
Экспертная система и модель управления в этих ситуациях позволяют определять эффективность вырабатываемых решений в критических дорожно-транспортных ситуациях.
В реальном режиме времени на основе информации о существующей транспортной нагрузке система моделирует параметры дорожного движения и создает модуль оптимального динамического
распределения транспортных потоков.
Это позволяет разрабатывать рациональные стратегии управления дорожным движением на сети скоростных дорог.
В Китае существует комиссия по управлению развитием исследований ИТС. Разработана программа, включающая общую стратегию развития ИТС и перечень пилотных демонстрационных проектов. В эти проекты в первоочередном порядке включены городские
центры управления движением и электронные системы оплаты за
проезд. Кроме того, в сотрудничестве с европейским союзом и
ERTICO составлена программа, которая включает в себя следующие
направления развития ИТС:
экспрессная система перевозок грузов с автоматизированным центром управления, системой электронного документооборота EDI, навигационной системой на базе GPS, системой управления перевозками;
система управления движением на скоростных магистралях
с применением интеллектуальных транспортных систем для
выявления мест совершения дорожно-транспортных происшествий и системой электронной оплаты за проезд;
городские системы управления дорожным движением;
системы управления общественным транспортом с определением местоположения автобуса, компьютеризацией диспетчерских функций и мониторингом спроса на перевозки.
26
Наиболее серьезные перспективы развития имеют электронные
системы оплаты за проезд на сети скоростных магистралей, туннелей
и мостов. Ожидаются также значительные капиталовложения в системы управления движением в городах, в предстоящие 5-6 лет общий
объем финансирования развития этих систем может составить
$300 млн. Большой потенциальный рынок имеют системы управления, обеспечивающие маршрутную навигацию. Прогнозная емкость
этого сегмента рынка оценивается в $5,8 млрд на период до 2015 года.
1.3. Автоматизированные системы управления
дорожным движением
Исторически АСУДД прошли путь развития от 1-го до 4-го поколения, которые отличались методами расчета управляющих параметров транспортного потока (ТП) на перекрестках. При расчете определялось распределение направлений по фазам, последовательность фаз в цикле регулирования, длительность цикла регулирования,
длительность фаз, структуру промежуточных тактов, величины сдвига [21-23, 64, 68].
В первом поколении АСУДД расчет управляющих параметров
был автоматизирован, их ввод выполнялся вручную. Во втором поколении был также автоматизирован и ввод параметров в АСУДД.
Третье поколение уже предоставляло возможность управления по
прогнозу динамики ТП. Четвертое поколение АСУДД осуществляет
управление ТП в реальном времени.
Системы первого поколения АСУДД относятся к классу телемеханических систем координированного управления (ТСКУ). Они
появились за рубежом и в СССР в начале 60-х годов и функциональ-
27
но не отличались от зарубежных аналогов. Регулирование производилось на основании трех планов координации (ПК), которые отличаются друг от друга длительностями циклов и фаз, значениями сигнала на перекрестах. Для расчета ПК использовался графоаналитический метод, ручное использование которого отличалось значительной
трудоемкостью. Качество ПК оценивалось по ширине ленты безостановочного движения. Метод не позволял строить ПК для сетей не магистральной конфигурации и не учитывал интенсивности ТП. Техническая реализация ТСКУ накладывала ограничения на параметры –
запрещения синхронных сдвигов, на набор значений длительности
циклов и фаз. В 70-80 годах были разработаны теоретические основы
и практически реализованы в разных странах программы расчета ПК,
в том числе и максимизации ширины ленты времени, которые явились основой создания АСУДД второго поколения.
Особенно важной была разработка специалистами из Великобритании метода расчета TRANSYT, который позволил рассчитывать
ПК для транспортных сетей произвольной конфигурации. В этом методе при расчете ПК использовались данные об интенсивности ТП с
учетом их взаимосвязи с изменением потоков на связанных с ними
перекрестках. Данный метод расчета ПК в настоящее время считается
наиболее быстрым и надежным.
Постепенно развивалась техническое обеспечение АСУДД.
Были созданы новые типы датчиков ТП, появилось возможность отображать изменение дорожной обстановки на диспетчерском пункте в
режиме реального времени. Таким образом, было создано второе поколение АСУДД.
Создание и развитие АСУДД – трудоемкая задача и требует
большого количества финансовых затрат, связанных с обслуживанием ТП и технологического сопровождения усложняющихся АСУДД.
28
Развитие технологического обеспечения, алгоритмов и программ, основанных на методах группового регулирования (МГР), заложило основу создания АСУДД третьего и четвертого поколений.
Первые АСУДД третьего поколения появились за рубежом в
80-е годы. Рост районов регулирования обусловил отказ от централизованного управления всей АСУДД и переход к районированной
структуре управления. Это позволило увеличить надежность функционирования систем с применением МГР.
Были разработаны и реализованы алгоритмы прогнозирования
параметров ТП. Это позволило осуществлять управление по прогнозу
длительности ТП. Увеличение количества транспортных средств и
быстрый рост загрузки улично-дорожной сети потребовал дальнейшего развития АСУДД. Появились задачи разработки и реализации
алгоритмов управления ТП в реальном времени. Это потребовало
существенного вклада в развитие технического и программного обеспечения систем.
Системы третьего и четвертого поколения являются самыми
сложными интегрированными аппаратно-техническими комплексами.
Для создания современных АСУДД потребовалось применение последних достижений в области научно-технического прогресса во
многих областях.
Созданные АСУДД третьего и четвертого поколения потребовало разработки новых детекторов транспорта, средств обработки
данных, периферийных исполнительных устройств (дорожных контролеров, управляемых знаков и т. д.), автоматизации средств диспетчерского контроля и управления движением, контрольнодиагностической аппаратуры и совершенствования технологического
сопровождения.
29
Технические средства АСУДД в зависимости от выполняемых
ими функций размещаются в управляющем пункте (УП) системы или
на периферии. АСУДД может включать в себя единый общегородской УП или несколько районных УП, между которыми обеспечивается обмен информацией.
К достоинствам районированной структуры можно отнести повышенную надежность, так как выход из строя какой-либо АСУДД
района не приводит к существенным нарушениям в работе всей системы. В свою очередь, системы с полной централизацией обеспечивают удобство их эксплуатации, возможность более эффективного
диспетчерского управления. Кроме того, отпадает и необходимость в
большом количестве помещений для оборудования районных УП. В
силу этого большинство всех действующих АСУДД выполняют с
единым общегородским центром управления.
Управление движением в рамках АСУДД организовано иерархически. Обычно в управлении выделяют три уровня управления –
стратегический, тактический и локальный, которые отличаются масштабностью решаемых задач.
На стратегическом уровне улично-дорожную сеть разбивают
на районы координации. В пределах одного района реализуют программу, соответствующую транспортной ситуации в данном районе.
В качестве границ района обычно определяют перекрестки, не
имеющие связи по параметрам транспортного потока с расположенными рядом. Все перекрестки района координации имеют общую
программу координации. Ее цикл – общий для всех перекрестков. В
процессе управления на стратегическом уровне производится выбор
из базы данных управляющего пункта программ наиболее подходящей текущей ситуации базовой жесткой программы координации. На
тактическом уровне производится коррекция базового плана коорди-
30
нации под реальную транспортную ситуацию в районе координации,
которая отличается от предусмотренной в базовом плане интенсивностью и скоростью потоков. На локальном уровне осуществляется местная коррекция программы координации.
Кроме программ координированного управления, в АСУДД
при необходимости реализуется ряд технологических и служебных
алгоритмов. К технологическим алгоритмам относятся обычно программы, имеющие вспомогательное значение и работающие обычно
нерегулярно. Такими алгоритмами могут являться, например, включение участков «зеленой улицы», обнаружение и ликвидация заторов,
дистанционное диспетчерское и местное ручное управление светофорной сигнализацией.
Программа координации «зеленая улица» предназначена для
приоритетного беспрепятственного пропуска транспортных средств,
обладающих соответствующими правами проезда. Участки «зеленой
улицы» могут включаться в режиме диспетчерского управления, или
автоматически в том случае, если специальный автомобиль снабжен
передвижным комплектом аппаратуры приоритетного пропуска. В
момент прохождения специально предназначенных для этой цели детекторов транспорта автомобиль посылает в УП запрос. В результате
по мере его продвижения последовательно включаются участки «зеленой улицы» в соответствии с программой, заложенной в УВК. Во
многих крупных европейских городах подобный режим предусмотрен для общественного транспорта и чрезвычайных служб.
Обнаружение заторов основано на определении среднего времени присутствия автомобилей в контролируемых сечениях, располагаемых в зоне перекрестка. Если это время превышает заранее заданное значение, то можно попробовать избавиться от затора путем увеличения длительности зеленого сигнала на направлении затора.
31
В случае неудачи применяют другие способы, например отведение
части потока по другому направлению с помощью включения светофорных сигналов на предыдущих перекрестках.
Диспетчерское управление светофорной сигнализацией применяется в экстренных ситуациях на перекрестке для ликвидации последствий ДТП, заторов и т. д. Диспетчер с помощью пульта управления может контролировать ситуацию, используя телевизионный
канал связи. Кроме того, инспектор ГИБДД может управлять светофорной сигнализацией, находясь непосредственно на перекрестке с
помощью подключения к контроллеру внешнего управляющего устройства.
Системы третьего и четвертого поколения успешно функционируют в крупных городах зарубежных стран. Их разработка и создание, освоение и эксплуатация требуют огромных расходов. Тем не
менее, они быстро окупаются. Особенно эффективным оказывается
использование систем четвертого поколения. Например, установка
такой системы в Торонто и ее использование только в районе хоккейного стадиона, вмещающего 50000 зрителей, позволила снизить задержки транспорта на 17 %, остановки − на 22 %, экономию горючего
− до 6 %, количество вредных выбросов сократилось на 5 %
(«ITE Journal», N 1, 1994).
Современное состояние технологии управления дорожным
движением в России можно характеризовать двояко.
В области разработки комплексов управления дорожным движением и их внедрению Россия отстала от развитых стран не менее,
чем на 20 лет. В большинстве городов АСУДД устанавливались не
менее 10-15 лет назад и относятся к первому или второму поколению.
Часто не осуществляется их обновление. Новые АСУДД, устанавливаемые в средних и даже некоторых крупных городах, относятся так-
32
же ко второму поколению. Причина заключается в том, что стоимость покупки и владения более совершенными и современными системами слишком высока. Разрабатываемые в последнее время периферийные технические средства ориентированы на работу в составе
АСУДД первого и второго поколений.
Несмотря на это, отставание России в рассматриваемой области не представляется непреодолимым. Алгоритмическое обеспечение
современных технологий управления транспортными потоками вполне разработано и во многом программно реализовано. В основном ясны и принципы управления в системах 4-го поколения, но в этом случае основным сдерживающим фактором является отсутствие современных отечественных технических средств, позволяющих осуществить на практике управление ТП в реальном времени.
Одной из такого рода систем является «Старт», осуществляющая управление транспортными потоками на значительной части
г. Москвы [64].
Городская система телеавтоматического управления движением транспорта «Старт» представляет собой трехуровневую систему.
На первом уровне расположены светофоры, детекторы транспорта,
управляемые дорожные знаки, которые подключаются к районным
подсистемам «Старт-КВИН» с помощью дорожных контроллеров или
модемных линий связи. Районные подсистемы «Старт-КВИН» образуют второй уровень городской системы «Старт» (рис. 1.4). Информация от всех подсистем «Старт-КВИН» объединяется в Центре телеавтоматического управления (ЦТАУ ДТ) Управления ГИБДД ГУВД
г. Москвы. Вначале эта система функционировала лишь в пределах
Садового кольца, в настоящее время ведутся работы по ее наладке на
третьем транспортном кольце.
33
Сервер удаленных
терминалов
Сервер баз данных
Сервер приложений
подсистемы
автоматизированного
управления
Сервер приложений
подсистемы автоматического управления
Сетевые
концентраторы
Ethernet 10Base-T
Рабочие
места диспетчеров
движения
Коллективные
средства
отображения
информации
Сервер
мультимедиа
Районные
подсистемы
Старт-КВИН
Коммутатор
Дорожные
контроллеры
Управляемые
знаки
Видеокамеры
Светофорные
объекты
Детекторы
транспорта
Рис. 1.4. Структурная схема комплекса «Старт-КВИН»
В процессе работы «Старт-КВИН» ежесекундно осуществляет
следующие операции:
опрашивает все подключенные к нему ДК;
34
на основании полученной информации, используя локальную базу данных и текущие алгоритмы координации, вырабатывает управляющие воздействия на светофоры и прочее
периферийное оборудование перекрестков;
производит вывод управляющей информации на ДК;
производит обмен информацией с управляющим вычислительным комплексом системы «СТАРТ»;
вводит информацию на локальный пульт оператора и обрабатывает введенные от него команды.
В качестве операционной системы, управляющей работой
комплекса, используется UNIX – подобная операционная
система реального времени OS-9.
Учитывая ситуацию, сложившуюся в сфере разработки и производства отечественных АСУДД, руководство мегаполисов приобретает и эксплуатирует зарубежные системы последнего поколения,
несмотря на очень высокую стоимость. В региональных центрах
обычно предпочитают отечественные системы второго поколения,
менее совершенные, но более дешевые. Как правило, эти системы
представляют собой восстановленные и частично усовершенствованные технически и программно ранее существовавшие системы. Они
оборудуются новыми, более современными дорожными контролерами, детекторами транспорта, современными компьютерами и программным обеспечением в управляющих пунктах. В качестве перспективы рассматривается переход на системы третьего поколения.
При этом актуальной задачей является создание типовой региональной информационной системы управления перевозок пассажиров и
грузов с учетом адаптивного управления транспортными потоками и
предусматривающую логистическую интеграцию с другими видами
транспорта. Это существенно повысит рентабельность работы региональной транспортной системы в целом.
35
ГЛАВА 2. Техническое и информационное
обеспечение транспортного
процесса
2.1. Связь в управлении транспортом
Для передачи информации используют некоторый материальный носитель, называемый сигналом. Различают статические и динамические сигналы. Статические сигналы предназначены для передачи информации во времени, т. е. для хранения информации. Динамические сигналы предназначены для передачи информации в пространстве [20, 22, 26-28]. Любой сигнал неразрывно связан с определенной материальной системой, называемой системой связи или системой передачи информации (рис. 3.1).
С источником информации связано определенное ограниченное множество сообщений, одно из которых будет передано.
Источник
Передатчик
Линия связи
Приемник
Получатель
Источник помех
Рис. 3.1. Система передачи информации
Передатчик преобразует сообщение в передаваемый сигнал.
В передатчике каждое из возможных сообщений на входе преобразуется в одно из возможных значений сигнала на выходе по определенному правилу. Правила, по которым осуществляется преобразование
36
сообщения в сигнал, разные в зависимости от типов сообщений и
сигналов (модуляция, кодирование, манипуляция).
Под линией связи понимают физическую среду, по которой
передаются сигналы. Одна и та же линия связи может служить одновременно для реализации одного или нескольких каналов связи, в
этом случае говорят о многоканальной связи.
Примером канала может служить полоса частот, выделенная
одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается
своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между
несколькими каналами. Существуют два метода разделения линии
передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM – Time Division Method), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, частотное разделение (FDM – Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.
Принимаемый сигнал на выходе канала связи отличается от
входного передаваемого сигнала из-за наложения помехи на полезный сигнал. Приемник осуществляет восстановление переданного
источником информации сообщения по принятому сигналу. Данная
операция возможна, если известно правило преобразования сообщения в сигнал. На основании этого правила вырабатывается правило
обратного преобразования сигнала в сообщение (демодуляция, декодирование). Это правило позволяет в конечном счете выбрать приемной стороне сообщение из известного множества возможных сообщений, в идеальном случае полностью совпадающее с переданным
сообщением.
Однако это бывает не всегда, вследствие искажения принятого
сигнала возможна ошибка при восстановлении сообщения.
37
Получатель в системах передачи информации – это либо непосредственно человек, либо технические средства, связанные с человеком.
Физическая среда передачи данных может представлять собой
кабель, т. е. набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и
соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны [50, 59-62, 65].
В зависимости от среды передачи данных различают следующие линии связи:
проводные (воздушные);
кабельные (медные и волоконно-оптические);
радиоканалы наземной и спутниковой связи;
Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям
связи традиционно передают телефонные или телеграфные сигналы,
но при отсутствии других возможностей эти линии используют и для
передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.
Кабельные линии представляют собой достаточно сложную
конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может
быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В системах телекоммуникации и компьютерных сетях применяют три основных типа кабеля:
38
кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные
кабели с медной жилой, волоконно-оптические кабели.
Информация в локальных сетях чаще всего передается в последовательном коде, то есть бит за битом. Такая передача медленнее
и сложнее, чем при использовании параллельного кода. Однако надо
учитывать то, что при более быстрой параллельной передаче (по нескольким кабелям одновременно) увеличивается количество соединительных кабелей в число раз, равное количеству разрядов параллельного кода (например, в 8 раз при 8-разрядном коде). Это совсем
не мелочь, как может показаться на первый взгляд. При значительных
расстояниях между абонентами сети стоимость кабеля вполне сравнима со стоимостью компьютеров и даже может превосходить ее. К
тому же проложить один кабель (реже два разнонаправленных) гораздо проще, чем 8, 16 или 32. Значительно дешевле обойдется также
поиск повреждений и ремонт кабеля.
Можно выделить следующие основные параметры кабелей,
принципиально важные для использования в локальных сетях:
полоса пропускания кабеля (частотный диапазон сигналов,
пропускаемых кабелем) и затухание сигнала в кабеле. Два
этих параметра тесно связаны между собой, так как с ростом
частоты сигнала растет затухание сигнала. Надо выбирать
кабель, который на заданной частоте сигнала имеет приемлемое затухание. Или же надо выбирать частоту сигнала, на
которой затухание еще приемлемо. Затухание измеряется в
децибелах и пропорционально длине кабеля;
помехозащищенность кабеля и обеспечиваемая им секретность передачи информации. Эти два взаимосвязанных параметра показывают, как кабель взаимодействует с окружающей средой, то есть, как он реагирует на внешние поме-
39
хи, и насколько просто прослушать информацию, передаваемую по кабелю;
скорость распространения сигнала по кабелю или обратный
параметр – задержка сигнала на метр длины кабеля. Этот
параметр имеет принципиальное значение при выборе длины сети. Типичные величины скорости распространения
сигнала – от 0,6 до 0,8 от скорости распространения света в
вакууме. Соответственно типичные величины задержек – от
4 до 5 нс/м;
для электрических кабелей очень важна величина волнового
сопротивления кабеля. Волновое сопротивление важно учитывать при согласовании кабеля для предотвращения отражения сигнала от концов кабеля. Волновое сопротивление
зависит от формы и взаиморасположения проводников, от
технологии изготовления и материала диэлектрика кабеля.
Типичные значения волнового сопротивления – от 50 до
150 Ом.
В настоящее время действуют следующие стандарты на кабели:
EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) – американский;
ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises) –
международный;
CENELEC
EN
50173
(Generic
cabling
systems)
–
европейский.
Эти стандарты описывают практически одинаковые кабельные
системы, но отличаются терминологией и нормами на параметры. В
дальнейшем будем придерживаться терминологии стандарта
EIA/TIA 568.
40
Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted
pair). Витая пара изготовляется в двух вариантах: в экранированном
(STP – Shielded Twisted Pair) – когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (UTP – Unshielded
Twisted Pair) - когда изоляционная обертка каждой пары отсутствует.
Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные
сигналы, передаваемые по кабелю.
Витые пары проводов используются в дешевых и сегодня, пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных попарно изолированных
медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке.
Он довольно гибкий и удобный для прокладки. Скручивание проводов позволяет свести к минимуму индуктивные наводки кабелей друг
на друга и снизить влияние переходных процессов.
Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также от подслушивания, которое может осуществляться с целью, например, промышленного шпионажа. Причем перехват передаваемой по сети информации возможен как с помощью контактного метода (например,
посредством двух иголок, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Причем действие помех и величина
излучения вовне увеличивается с ростом длины кабеля. Для устранения этих недостатков применяется экранирование кабелей.
В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар
помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения
взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk – перекрестные наводки). Для того чтобы экран защищал от помех, он должен
41
быть обязательно заземлен. Естественно, экранированная витая пара
заметно дороже, чем неэкранированная. Ее использование требует
специальных экранированных разъемов. Поэтому встречается она
значительно реже, чем неэкранированная витая пара.
Основные достоинства неэкранированных витых пар – простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные
характеристики у них хуже, чем у других кабелей. Например, при заданной скорости передачи затухание сигнала (уменьшение его уровня
по мере прохождения по кабелю) у них больше, чем у коаксиальных
кабелей. Если учесть еще низкую помехозащищенность, то понятно,
почему линии связи на основе витых пар, как правило, довольно короткие (обычно в пределах 100 метров). В настоящее время витая пара используется для передачи информации на скоростях до
1000 Мбит/с, хотя технические проблемы, возникающие при таких
скоростях крайне сложны.
Согласно стандарту EIA/TIA 568, существуют пять основных и
две дополнительные категории кабелей на основе неэкранированной
витой пары (UTP):
Кабель категории 1 – это обычный телефонный кабель (пары
проводов не витые), по которому можно передавать только речь. Этот
тип кабеля имеет большой разброс параметров (волнового сопротивления, полосы пропускания, перекрестных наводок).
Кабель категории 2 – это кабель из витых пар для передачи
данных в полосе частот до 1 МГц. Кабель не тестируется на уровень
перекрестных наводок. В настоящее время он используется очень
редко. Стандарт EIA/TIA 568 не различает кабели категорий 1 и 2.
Кабель категории 3 – это кабель для передачи данных в полосе
частот до 16 МГц, состоящий из витых пар с девятью витками прово-
42
дов на метр длины. Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Это самый простой тип кабелей, рекомендованный стандартом для локальных сетей. Еще недавно он был
самым распространенным, но сейчас повсеместно вытеснен кабелем
5 категории.
Кабель категории 4 – это кабель, передающий данные в полосе
частот до 20 МГц. Используется редко, так как не слишком заметно
отличается от категории 3. Стандартом рекомендуется вместо кабеля
категории 3 переходить сразу на кабель категории 5. Кабель категории 4 тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление
100 Ом. Кабель был создан для работы в сетях по стандарту
IEEE 802.5.
Кабель категории 5 – в настоящее время самый совершенный
кабель, рассчитанный на передачу данных в полосе частот до 100
МГц. Состоит из витых пар, имеющих не менее 27 витков на метр
длины (8 витков на фут). Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Рекомендуется применять его в
современных высокоскоростных сетях типа Fast Ethernet и FDDI. Кабель категории 5 примерно на 30-50 % дороже, чем кабель категории
3.
Кабель категории 6 – перспективный тип кабеля для передачи
данных в полосе частот до 200 (или 250) МГц.
Кабель категории 7 – перспективный тип кабеля для передачи
данных в полосе частот до 600 МГц.
Коаксиальный кабель (coaxial) имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной
от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения
43
- для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельного телевидения и т. п.
Коаксиальный кабель до недавнего времени был очень популярен, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря
металлической оплетке), более широкими, чем в случае витой пары,
полосами пропускания (свыше 1 ГГц), а также большими допустимыми расстояниями передачи (до километра). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания
сети, он дает также заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно
сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно
в 1,5-3 раза). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Сейчас
его применяют реже, чем витую пару. Стандарт EIA/TIA-568 включает в себя только один тип коаксиального кабеля, применяемый в сети
Ethernet.
Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с
шинной топологией. При этом на концах кабеля обязательно должны
устанавливаться терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один из терминаторов должен быть заземлен.
Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть от внешних
электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по
сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в
двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы
должны быть обязательно согласованы с кабелем, необходимо, чтобы
их сопротивление равнялось волновому сопротивлению кабеля.
Реже коаксиальные кабели применяются в сетях с топологией
звезда (например, пассивная звезда в сети Arcnet). В этом случае про-
44
блема согласования существенно упрощается, так как внешних терминаторов на свободных концах не требуется.
Волновое сопротивление кабеля указывается в сопроводительной документации. Чаще всего в локальных сетях применяются
50-омные (RG-58, RG-11, RG-8) и 93-омные кабели (RG-62). Распространенные в телевизионной технике 75-омные кабели в локальных
сетях не используются. Марок коаксиального кабеля немного. Он не
считается особо перспективным. В сети Fast Ethernet не предусмотрено применение коаксиальных кабелей. Однако во многих случаях
классическая шинная топология (а не пассивная звезда) очень удобна.
Как уже отмечалось, она не требует применения дополнительных
устройств – концентраторов.
Существует два основных типа коаксиального кабеля:
тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более
гибкий;
толстый (thick) кабель, диаметром около 1 см, значительно
более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью
вытеснен современным тонким кабелем.
Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, поскольку сигнал в нем затухает сильнее. Зато
с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно
проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю проще и
не требует дополнительного оборудования. А для подключения к
толстому кабелю надо использовать устройства, прокалывающие его
оболочки и устанавливающие контакт с центральной жилой и с экраном. Толстый кабель примерно вдвое дороже, чем тонкий, поэтому
тонкий кабель применяется гораздо чаще.
45
Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких
(5..60 микрон) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля, он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к
тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.
Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это
принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными
двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по
нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный
его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Структура оптоволоконного кабеля похожа на структуру коаксиального электрического кабеля. Вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного
внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент
преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако
иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может
объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).
46
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе
не способны исказить световой сигнал, а сам сигнал не порождает
внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу
кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически
невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, то есть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно
снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.
Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 5 до
20 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при
росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень
незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его
преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, у него просто нет конкурентов.
Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет
около 10-20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно
может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.
Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то
есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры
также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.
47
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях со звездной
и кольцевой топологией. В этом случае отсутствуют проблемы заземления. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку
компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит
электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла
более чем достаточно.
Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:
многомодовый (мультимодовый) кабель, более дешевый,
но менее качественный;
одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.
Суть различия между этими двумя типами сводится к разным
режимам прохождения световых лучей в кабеле.
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и
тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается. Одномодовый кабель имеет
диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только
с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при
этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги
и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен
стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные
светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет
около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.
48
В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце
кабеля искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а
диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как
62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30-50 нм. Допустимая длина кабеля составляет
2-5 км. Многомодовый кабель – это основной тип оптоволоконного
кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание
в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет
5-20 дБ/км.
Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует много типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью связи. Диапазоны коротких, средних и
длинных волн (KB, CB и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции (AM − Amplitude Modulation) no типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь,
но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн
(УКВ), для которых характерна частотная модуляция (FM – Frequency
Modulation), а также на диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или
microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли, и для устойчивой связи необходимо наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется.
49
Радиоканал использует передачу информации по радиоволнам,
поэтому теоретически он может обеспечить связь на многие десятки,
сотни и даже тысячи километров. Скорость передачи достигает десятков мегабит в секунду (здесь многое зависит от выбранной длины
волны и способа кодирования).
Особенность радиоканала состоит в том, что сигнал свободно
излучается в эфир, он не замкнут в кабель, поэтому возникают проблемы совместимости с другими источниками радиоволн (радио- и
телевещательными станциями, радарами, радиолюбительскими и
профессиональными передатчиками и т. д.). В радиоканале используется передача в узком диапазоне частот и модуляция информационным сигналом сигнала несущей частоты.
Главным недостатком радиоканала является его плохая защита
от прослушивания, так как радиоволны распространяются неконтролируемо. Другой большой недостаток радиоканала – слабая помехозащищенность.
Для локальных беспроводных сетей (WLAN – Wireless LAN) в
настоящее время применяются подключения по радиоканалу на небольших расстояниях (обычно до 100 метров) и в пределах прямой
видимости. Чаще всего используются два частотных диапазона –
2,4 ГГц и 5 ГГц. Скорость передачи – до 54 Мбит/с. Распространен
вариант со скоростью 11 Мбит/с.
Сети WLAN позволяют устанавливать беспроводные сетевые
соединения на ограниченной территории (обычно внутри офисного
или университетского здания или в таких общественных местах, как
аэропорты). Они могут использоваться во временных офисах или в
других местах, где прокладка кабелей неосуществима, а также в качестве дополнения к имеющейся проводной локальной сети.
50
Популярная технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) позволяет организовать связь между компьютерами числом от 2 до 15 с помощью
одного или нескольких концентраторов. Его часто называют точкой
доступа (Access Point, AP). Кроме того, эта технология дает возможность связать две локальные сети на расстоянии до 25 километров с
помощью беспроводных мостов.
Радиоканал широко применяется в глобальных сетях для наземной и спутниковой связи. В этом применении у радиоканала нет
конкурентов, так как радиоволны могут дойти до любой точки земного шара.
В компьютерных сетях в настоящее время применяют практически все описанные типы физических сред передачи данных, но
наиболее перспективными являются волоконно-оптические. На них
сегодня строят как магистрали крупных территориальных сетей, так
и высокоскоростные линии связи локальных сетей. Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным
соотношением качества к стоимости и простотой монтажа. С помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на
расстояниях до 100 м от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь используют чаще всего в случаях, когда кабельные связи
применить нельзя, например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем
сети.
Локальная сеть – это коммуникационная система, поддерживающая один или несколько цифровых каналов передачи информации, в которой отсутствует хотя бы один маршрутизатор [62, 80, 91,
95, 96].
51
Окончательно установившейся классификации ЛС пока не существует. Тем не менее, можно выявить определенные классификационные признаки ЛС. К ним относят классификацию:
по назначению;
типам используемых компьютеров;
организации сети;
топологическим признакам;
методам доступа к среде передачи;
физическим носителям сигналов.
Существуют и другие классификационные признаки.
По назначению ЛС можно разделить на следующие:
управляющие (организационными, административными,
технологическими и др. процессами);
передачи данных;
информационно-поисковые;
информационно-расчетные и др.
По типам используемых в сети компьютеров:
однородные;
неоднородные;
Однородными считают локальные сети, в которых используются компьютеры одной аппаратной платформы – например IBM,
Macintosh. Основная особенность неоднородных сетей – согласование
аппаратных и программных средств передачи данных, которые могут
относиться к разным стандартам.
По организации сети:
с выделенным сервером;
без выделенного сервера (одноранговые);
Сети с выделенным сервером отличаются простотой обеспечения функций взаимодействия между станциями в сети. В сети при-
52
сутствуют один или несколько компьютеров-серверов, специализированных для выполнения одной или нескольких задач, например:
управления доступом пользователей к сети, печатью, связью с другими сетями и т. п. Рабочие станции, как правило, могут представлять
собой компьютеры меньшей производительности, чем серверы сети.
В одноранговых сетях все рабочие станции имеют одинаковые
права доступа к ресурсам сети. Каждый компьютер может быть сервером и разделять свои ресурсы с другими РС. Одноранговые сети
просты в установке. Средства для создания таких сетей встроены во
многие современные операционные системы. Тем не менее, в одноранговых сетях невозможна без использования сторонних приложений организация эффективной политики безопасности, разделения
доступа пользователей к ресурсам.
По топологическим признакам (конфигурации) ЛС делятся:
сети типа «общая шина»;
сети типа «кольцо»;
сети типа «звезда»;
сети произвольного типа.
Сети типа «общая шина» (рис. 3.2) являются наиболее эффективными с точки зрения использования канала связи. Логическая и
программная структура таких сетей значительно проще, чем у остальных типов сетевых топологий. Наиболее существенным недостатком такой конфигурации является последовательный характер передачи (по общей шине в один момент времени может передаваться
только один кадр), что обуславливает отсутствие возможности одновременной передачи всем абонентам сети разных кадров и, следовательно, ограничение средней скорости передачи по всей сети.
53
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Рис. 3.2. Сеть типа «общая шина»
Сети типа «кольцо» (рис. 3.3) сильно уступают по скорости остальным типам сетевых топологий, но обладают одним существенным достоинством – только в сетях такого типа можно точно определить время передачи сообщения от одной станции к другой. Благодаря этому кольцевые сети применяются в основном в производственных комплексах, критичных ко времени – например, в сетях технологических датчиков или в охранной сигнализации.
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Рис. 3.3. Сеть типа «кольцо»
По методу доступа к среде передачи данных.
детерминированный доступ;
случайный доступ.
Оба эти метода доступа могут быть с централизованным
управлением доступом или без централизованного управления. С
54
развитием локальных сетей могут появляться и другие методы доступа.
К методам с детерминированным доступом к среде передачи
относят, например, метод опроса и маркерный метод.
Сети типа «звезда» (рис. 3.4) позволяют соединять двух абонентов на физическом уровне и производить одновременную трансляцию по сети различных кадров, адресованных различным абонентам. К основным недостаткам можно отнести низкую эффективность
использования канала связи (каждой станции полагается собственный
физический канал), а также сложность реализации в центральном узле «звезды» скоростного и кодового преобразования информации в
неоднородных сетях [102].
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Центр
«звезды»
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Рис. 3.4. Сеть типа «звезда»
Разделение пропускной способности канала методом опроса –
один из первых методов коммутации пакетов. При этом управляющий (первичный) узел периодически опрашивает по списку подчиненные (вторичные) узлы последовательно один за другим, проверяя
наличие у них запроса на передачу данных. Право использования канала передается узлу, который имеет такой запрос. После сеанса связи управляющий узел продолжает опрос подчиненных узлов. Подчиненные узлы, входящие в список опроса, могут иметь приоритет – то
55
есть некоторые узлы могут опрашиваться чаще, чем другие. Кроме
того, этот приоритет может динамически меняться – например, те узлы, которые чаще предоставляют данные на передачу, могут повысить свой приоритет опроса. Для реализации метода характерна топология «звезда». Основным достоинством такого метода является простота его реализации, к недостаткам можно отнести относительно невысокую скорость передачи данных из-за того, что управление трафиком осуществляется одним устройством – управляющим узлом.
Маркерный метод обычно реализуется в кольцевой топологии
или в «общей шине». Узлы нумеруются циклически, то есть за узлом
с последним номером следует узел с первым номером. При начале
работы в системе генерируется маркер – специальная кодовая последовательность, которая передается по кольцу. Если узел имеет данные для передачи, то он ожидает получения маркера, который и предоставляет право на передачу данных. Таким образом, среда передачи
данных предоставляется тому узлу, который в этот момент обладает
маркером. По окончании передачи (или истечении времени передачи)
маркер передается следующему по кольцу узлу. Основная проблема
таких систем – удаление или дублирование маркера из-за аппаратных
или программных сбоев. Как правило, в системе имеется узел, контролирующий эту ситуацию. Недостатком систем с передачей маркера можно считать относительно невысокую скорость передачи данных. К достоинствам можно отнести то, что, в отличие от систем со
случайным доступом к среде передачи, всегда можно точно узнать
время доставки данных от отправителя к получателю.
По физической передающей среде:
витая пара;
многожильный кабель;
коаксиальный кабель;
оптоволоконный кабель (световоды).
56
Витая пара сравнительно дешева и широко распространена,
благодаря наличию на многих объектах резервных пар в телефонных
кабелях. Плохо защищена от электрических помех, от несанкционированного доступа, ограничена по дальности и скорости передачи
данных. Многожильные кабели дороже, чем витая пара, но обладают
почти такими же свойствами, хотя несколько повышают скорость передачи информации. Наиболее распространенной средой передачи
данных в современных ЛС является витая пара. Коаксиальный кабель
занимал это место около десяти лет назад. Он прост по конструкции,
имеет небольшую массу и умеренную стоимость. В тоже время обладает хорошей электрической изоляцией, допускает работу на довольно больших расстояниях (несколько километров) и высоких скоростях, хотя и меньших, чем витая пара. В настоящее время коаксиальный кабель иногда применяется в основном для организации абонентского доступа к публичным сетям. В последнее время все более
находят применение оптоволоконные кабели (световоды), которые
имеют ряд преимуществ. Они имеют небольшую массу, способны передавать информацию с очень высокой скоростью, невосприимчивы
к электрическим помехам, сложны для несанкционированного доступа и полностью пожаро- и взрывобезопасны (обгорает только оболочка). Оптоволоконные кабели дороже, чем витая пара и коаксиальный кабель, и сложнее при монтаже, но имеют существенно большую
скорость передачи данных. Радиосреда в ЛС используется мало из-за
экранированности зданий и низких скоростей передачи, характерных
для этой среды. Достоинство этой среды – отсутствие кабелей. В настоящее время эти проблемы постепенно решаются. Также становится реальным применение в пределах одного помещения инфракрасных лучей. Когда установленная на потолке «интеллектуальная лампочка» могла бы служить интерфейсом с сетью здания, а также
57
управлять сигналами на локальной «инфракрасной шине». Сравнительная оценка основных характеристик физической среды передачи
выглядит примерно следующим образом:
Витая пара – 100 Мбит/с.
Коаксиальный кабель – 1-10 Мбит/с.
Оптоволоконный кабель – 1000 Мбит/с.
Стандарт передачи данных Ethernet, разработанный фирмой
Xerox в 1975 г., и сейчас пользуется наибольшей популярностью. Он
обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность. Для
данного стандарта используется топология «звезда».
В стандарте Ethernet используется метод множественного доступа к среде передачи с разрешением конфликтов (CSMA/CD –
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Стандарт
Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями (коллизии). Аппаратура
автоматически распознает такие конфликты. После обнаружения
конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том
случае, если работает 80-100 станций.
Аппаратура Ethernet обычно состоит из кабеля, разъемов,
Т-коннекторов, терминаторов и сетевых адаптеров. Кабель используется для передачи данных между рабочими станциями. Для подключения кабеля используют разъемы, которые через Т-коннекторы подключаются к сетевым адаптерам, вставляемым в слоты расширения
материнской платы рабочей станции. Терминаторы подключаются к
концам сети.
Для Ethernet могут быть использованы кабели разных типов:
тонкий коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель и неэкранированная витая пара. Для каждого типа кабеля используются
58
свои разъемы и свой способ подключения кабеля к сетевому адаптеру.
Стандарт Token-Ring разработан фирмой IBM и рассчитан на
кольцевую топологию сети. При передаче сообщений от одной станции к другой используется специальный информационный блок –
маркер. Право на передачу данных имеет та станция, у которой в
данный момент находится маркер. По завершении передачи данных
маркер передается дальше по кольцу. В стандарте Token-Ring имеется возможность назначать различные приоритеты разным рабочим
станциям.
Топология этой сети больше похожа на звезду, чем на кольцо.
Рабочие станции Token-Ring подключаются радиально к концентратору типа 8228 производства IBM. В случае нескольких концентраторов они объединяются в кольцо через специальные разъемы. Скорость передачи данных в сети Token-Ring может достигать
4-16 Мбит/с, однако стоимость сетевого оборудования выше, чем для
сети Ethernet.
Уникальным 32-битным идентификатором IP-интерфейса в локальных сетях и в Интернет является IP-адрес. Говорят, что IP-адрес
присваивается хосту; это верно в случае, если хост имеет один сетевой IP-интерфейс (например, не является маршрутизатором). Один
хост может иметь несколько IP – адресов. Принято записывать IPадреса разбивкой всего адреса по октетам, каждый октет записывается в виде десятичного числа, числа разделяются точками. Например,
адрес
10100000010100010000010110000011
записывается как
11000110.01010001.00001010.10000011 = 198.81.5.10.
59
IP-адрес состоит из номера сети, который занимает старшую
область адреса, и номера хоста в этой сети, который занимает младшую часть. Положение границы сетевой и хостовой части (обычно
оно характеризуется количеством бит, отведенных на номер сети)
может быть различным, определяя различные типы IP-адресов.
В классовой модели IP-адрес может принадлежать к одному из
четырех классов сетей. Каждый класс характеризуется определенным
размером сетевой части адреса, кратным восьми, таким образом, граница между сетевой и хостовой частями IP-адреса в классовой модели всегда проходит по границе октета. Принадлежность к тому или
иному классу определяется по старшим битам адреса.
Класс А. Старший бит адреса равен нулю. Размер сетевой части равен 8 битам. Таким образом, может существовать всего примерно 27 сетей класса А, но каждая сеть обладает адресным пространством на 224 хостов. Так как старший бит адреса нулевой, то все IPадреса этого класса имеют значение старшего октета в диапазоне 0 –
127, который является также и номером сети.
Класс В. Два старших бита адреса равны 10. Размер сетевой
части равен 16 битам. Таким образом, может существовать всего
примерно 214 сетей класса В, каждая сеть обладает адресным пространством на 216 хостов. Значения старшего октета IP-адреса лежат в
диапазоне 128-191, при этом номером сети являются два старших октета.
Класс С. Три старших бита адреса равны 110. Размер сетевой
части равен 24 битам. Количество сетей класса С примерно 221, адресное пространство каждой сети рассчитано на 254 хоста. Значения
старшего октета IP-адреса лежат в диапазоне 192-223, а номером сети
являются три старших октета.
60
Класс D. Сети со значениями старшего октета IP-адреса 224 и
выше. Зарезервированы для специальных целей.
В классе А выделены две особые сети, их номера 0 и 127. Сеть
0 используется при маршрутизации как указание на маршрут по
умолчанию. Сеть 127 используется для адресации IP-интерфейсом
себя самого (loopback). На любом хосте обращение по адресу
127.0.0.1 означает связь с самим собой (без выхода пакетов данных на
уровень доступа к среде передачи). Это удобно использовать, например, для тестирования сетевого программного обеспечения.
В любой сети (это справедливо и для бесклассовой модели, которую мы рассмотрим ниже) все нули в номере хоста обозначают саму сеть, все единицы − адрес широковещательной передачи
(broadcast).
Например, 194.124.53.0 - сеть класса С, номер хоста в ней определяется последним октетом. При отправлении широковещательного сообщения оно отправляется по адресу 194.84.53.255. Номера, разрешенные для присваивания хостам: от 1 до 254 (194.84.124.1 –
194.84.124.254), всего 254 возможных адреса.
Другой пример: в сети 135.195.0.0 (класс В, номер хоста занимает два октета) широковещательный адрес 135.195.255.255, диапазон номеров хостов: 0.1 – 255.254 (135.195.0.1 – 135.195.255.254).
Предположим, в локальной сети, подключаемой к Интернет,
находится 2000 компьютеров. Каждому из них требуется выдать IPадрес. Для получения необходимого адресного пространства нужны
либо 8 сетей класса C, либо одна сеть класса В. Сеть класса В вмещает 65534 адреса, что много больше требуемого количества. При общем дефиците IP-адресов такое использование сетей класса В расточительно. Однако, если мы будем использовать 8 сетей класса С, возникнет следующая проблема: каждая такая сеть должна быть пред-
61
ставлена отдельной строкой в таблицах маршрутов на маршрутизаторах, потому что с точки зрения маршрутизаторов – это 8 абсолютно
никак не связанных между собой сетей, маршрутизация дейтаграмм в
которые осуществляется независимо, хотя, фактически, эти IP-сети и
расположены в одной физической локальной сети и маршруты к ним
идентичны. Таким образом, экономя адресное пространство, мы многократно увеличиваем служебный трафик в сети и затраты по поддержанию и обработке маршрутных таблиц.
С другой стороны, нет никаких формальных причин проводить
границу сеть-хост в IP-адресе именно по границе октета. Это было
сделано исключительно для удобства представления IP-адресов и
разбиения их на классы. Если выбрать длину сетевой части в 21 бит, а
на номер хоста отвести, соответственно, 11 бит, мы получим сеть, адресное пространство которой содержит 2046 IP-адресов, что максимально точно соответствует поставленному требованию. Это будет
одна сеть, определяемая своим уникальным 21-битным номером, следовательно, для ее обслуживания потребуется только одна запись в
таблице маршрутов.
Единственная проблема, которую осталось решить: как определить, что на сетевую часть отведен 21 бит? В случае классовой модели, старшие биты IP-адреса определяли принадлежность этого адреса к тому или иному классу, и, следовательно, количество бит, отведенных на номер сети.
В случае адресации вне классов, с произвольным положением
границы сеть-хост внутри IP-адреса, к IP-адресу прилагается
32-битовая маска, которую называют маской сети (netmask) или маской подсети (subnet mask). Сетевая маска конструируется по следующему правилу:
62
на позициях, соответствующих номеру сети, биты установлены;
на позициях, соответствующих номеру хоста, биты сброшены.
Описанная выше модель адресации называется бесклассовой
(CIDR - Classless Internet Direct Routing, прямая бесклассовая маршрутизация в Интернет). В настоящее время классовая модель считается устаревшей. Маршрутизация и (большей частью) выдача блоков
IP-адресов осуществляются по модели CIDR, хотя классы сетей еще
прочно удерживаются в терминологии.
Для удобства записи IP-адрес в модели CIDR часто представляется в виде a.b.c.d / n, где a.b.c.d – IP адрес, n – количество бит в сетевой части.
Пример: 135.138.128.0/17
Маска сети для этого адреса: 17 единиц (сетевая часть), за ними 15 нулей (хостовая часть), что в октетном представлении равно
11111111.11111111.10000000.00000000 = 255.255.128.0.
Представив IP-адрес в двоичном виде и побитно умножив его
на маску сети, мы получим номер сети (все нули в хостовой части).
Номер хоста в этой сети, мы можем получить, побитно умножив IPадрес на инвертированную маску сети.
Пример: IP = 205.37.193.134/26 или, что то же,
IP = 205.37.193.134 netmask = 255.255.255.192.
Распишем в двоичном виде:
IP =
11001101 00100101 11000111 10000110
маска =11111111 11111111 11111111 11000000
Умножив побитно, получаем номер сети (в хостовой части нули):
network = 11001101 00100101 11000111 11000000
63
или, в октетном представлении, 205.37.193.128/26 или, что то
же, 205.37.193.128 netmask 255.255.255.192.
Хостовая часть рассматриваемого IP адреса равна 000110, или
6. Таким образом, 205.37.193.134/26 адресует хост номер 6 в сети
205.37.193.128/26. В классовой модели адрес 205.37.193.134 определял бы хост 134 в сети класса С 205.37.193.0, однако указание маски
сети (или количества бит в сетевой части) однозначно определяет
принадлежность адреса к бесклассовой модели.
Очевидно, что сети классов А, В, С в бесклассовой модели
представляются при помощи масок, соответственно, 255.0.0.0 (или
/8), 255.255.0.0 (или /16) и 255.255.255.0 (или /24).
Система А
Система Б
Прикладной
процесс 1
Протоколы
Прикладной
процесс 2
Прикладной
Прикладной
Прикладной
Представительный
Представительный
Представительный
Сеансовый
Сеансовый
Сеансовый
Транспортный
Транспортный
Транспортный
Сетевой
Сетевой
Сетевой
Канальный
Канальный
Канальный
Физический
Физический
Физический
Физические средства соединения
Рис. 3.5. Протоколы взаимодействия систем и уровни модели OSI
Стандартной концепцией большинства современных локальных сетей является эталонная модель OSI (Open System Interconnec-
64
tion, модель взаимодействия открытых систем). Она представляет собой семиуровневую сетевую иерархию, разработанную Международной организацией по стандартам (International Standardization
Organization – ISO). Модель OSI включает в себя семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический.
Функции этих уровней определяются выбранными формами
обработки и передачи информации. После построения модели обработки описываются необходимые протокольные блоки данных и процедуры, которые должны обеспечить их передачу. На этой основе
формулируются требования протоколам, которые предоставляют различные сервисы уровням, расположенным ниже.
На рис. 3.5 представлены протоколы взаимодействия открытых
систем, которые непосредственно связаны физическими средствами
соединения. На верхних уровнях (прикладном, представительном, сеансовом и транспортном) протоколы определяют прямое (через промежуточные системы) взаимодействие объектов систем А и Б.
Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть.
Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми
сообщениями и управление сетью.
К числу наиболее распространенных протоколов верхних
уровней относятся:
FTP – протокол переноса файлов;
TFTP – упрощенный протокол переноса файлов;
X.400 – электронная почта;
Telnet – удаленное управление системой;
SMTP – простой протокол почтового обмена;
CMIP – общий протокол управления информацией;
SNMP – простой протокол управления сетью;
65
NFS – сетевая файловая система;
FTAM – метод доступа для переноса файлов.
Прикладной уровень выполняет задачу обеспечения различных
форм взаимодействия прикладных процессов, расположенных в одной либо нескольких системах. Протоколы, выполняющие эту задачу,
объединяются в комплексы, описывающие наборы выполняемых информационных процессов.
Представительный уровень выполняет задачу представления и
преобразования данных, подлежащих передаче между ПрП.
Уровень представления отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах. Этот уровень обеспечивает
преобразование данных (кодирование, компрессия и т. п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня. Протоколы
уровня представления обычно являются составной частью функций
трех верхних уровней модели.
Задача преобразования данных связана с тем, что различные
типы ЭВМ имеют разные операционные системы и большое разнообразие форм представления данных. Возникает необходимость введения стандартных форм представления, обеспечивающих выполнение
всего многообразия ПрП. Такие виды представления данных принято
называть виртуальными. Использование виртуальных форм представления данных позволяет обеспечивать взаимодействие между
ПрП даже при отсутствии сведений о том, какие виды изображения
данных используют партнеры.
Сеансовый уровень отвечает за организацию сеансов обмена
данными между оконечными машинами. Протоколы сеансового
уровня обычно являются составной частью функций трех верхних
уровней модели. Сеансовый уровень выполняет задачу организации и
проведения диалога между ПрП. Он обеспечивает пользователю ил-
66
люзию того, что ПрП выполняется не в нескольких, расположенных в
различных местах, процессорах, а в одном мощном процессоре.
Сеансовый уровень обеспечивает выполнение двух основных
групп функций: обслуживание сеансов и обеспечение диалоговой
формы передачи данных. Задачей первой группы функций является
установление и ликвидация сеансового соединения (СеС), по которому передаются данные. Вторая группа обеспечивает управление потоками данных. Основные функции, выполняемые сеансовым уровнем, заключаются в следующем: установление СеС; обмен данными;
управление взаимодействием; синхронизация СеС; извещение об исключительных ситуациях; отображение СеС на транспортное соединение; завершение СеС. Установление СеС позволяет представительным объектам начать сеанс их взаимодействия и обеспечивает выбор
параметров (скорость передачи, необходимость подтверждения запросов и т. д.).
Транспортный уровень выполняет задачу предоставления
сквозных соединений прикладным объектам. Для выполнения указанной задачи транспортный уровень осуществляет передачу данных
между системами сквозь все имеющиеся в сети физические средства
соединения. Транспортный уровень делит потоки информации на
достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой
уровень.
Сетевой уровень выполняет задачу ретрансляции данных, осуществляемой через одну либо несколько систем. Выполнение этой
задачи обеспечивает транспортным объектам независимость от методов и средств коммутации и прокладки маршрутов в физических
средствах соединения. Создаваемые в рассматриваемых средствах
каналы связывают систему-отправитель и систему-получатель.
67
Сетевой уровень отвечает за деление пользователей на группы.
На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.
Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием
кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и
использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом
к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а
подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.
Канальный уровень предназначен для передачи блоков данных
через физические соединения. Благодаря этому сетевой уровень не
зависит от типов физических соединений, используемых в информационно-вычислительной сети. Канальный уровень обеспечивает
средства для установления, поддержания и разъединения канальных
соединений между сетевыми объектами. Каждый из этих объектов в
заданных пределах может динамически управлять скоростью передачи блоков данных по канальным соединениям. Канальный уровень
обеспечивает виды сервиса: передачу блоков данных; идентификацию конечных пунктов канальных соединений; организацию последовательностей передачи блоков данных; обнаружение и исправление
ошибок; оповещение об ошибках, которые не исправимы на канальном уровне; управление потоком через физические соединения; выбор параметров качества сервиса. Канальные блоки часто именуют
кадрами.
Функции канального уровня таковы: использование физических соединений; установление и разъединение канальных соедине-
68
ний; обнаружение и устранение ошибок в них; управление потоками
данных в этих соединениях; организация последовательностей передачи канальных блоков данных; обеспечение прозрачности соединений.
Физический уровень предназначен для сопряжения систем с
физическими средствами соединения. Для выполнения указанной задачи уровень определяет механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики, описывающие доступ к физическим соединениям. По этим соединениям, связывающим канальные объекты, передаются последовательности бит. При передаче
обеспечивается прозрачность соединения, т. е. способность его передавать информацию, использующую любые наборы символов и закодированную любым способом. Физические соединения могут быть
постоянными либо временными.
Физический уровень получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы
посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и
электрические/оптические свойства среды передачи определяются на
физическом уровне и включают:
тип кабелей и разъемов;
разводку контактов в разъемах;
схему кодирования сигналов для значений 0 и 1.
Физический уровень обеспечивает следующие виды сервиса:
установление временных либо постоянных физических соединений;
предоставление физических оконечных пунктов соединений; идентификацию физических соединений; организацию последовательностей
передачи бит; оповещение об отказе получателя; установление параметров качества сервиса.
69
Наиболее распространенными коммутируемыми каналами являются каналы, создаваемые обычными аналоговыми телефонными
сетями. Средняя пропускная способность коммутируемых аналоговых линий составляет 9600 бит/с. Максимальная на сегодня пропускная способность в 56 Кбит/с достигается только в том случае, если
все коммутаторы в сети на пути следования данных являются цифровыми, да и то такая скорость обеспечивается только в направлении
«сеть – пользователь» [80, 95, 96, 105].
Чаще всего такие линии используются для индивидуального
удаленного доступа к сети или как резервные линии связи небольших
офисов с центральным отделением предприятия. Доступ по телефонной сети имеет англоязычное название «dial-up access». Тем не менее,
при недостатке средств коммутируемые аналоговые линии обеспечивают связь локальных сетей между собой. В этом случае две сети могут соединяться по аналоговой телефонной сети, например, раз в сутки передавать в течение нескольких минут данные, а затем разрывать соединение. При повременной оплате телефонного соединения
такой режим оказывается эффективным. Обычно к нему прибегают
для передачи сводок работы предприятия за день, точнее тех частей
сводок, которые имеют небольшие объемы (чаще всего - это числовые показатели, без графики).
Основные характеристики аналоговых телефонных сетей.
При вызове пользователи получают прямое соединение через
коммутаторы в сети. Прямое соединение эквивалентно паре проводов
с полосой пропускания от 300 до 3400 Гц. Абонентское окончание
2-проводное.
Вызов абонента может осуществляться двумя способами: с помощью импульсного набора с частотой 10 Гц или тонового набора с
частотой 10 Гц. При импульсном наборе длительность набора зависит
70
от того, какие цифры образуют номер − например, цифра 0 передается десятью последовательными импульсами, цифра 9 − девятью
и т. д. При тоновом наборе любая цифра передается подачей в сеть
двух синусоидальных сигналов разной частоты в течение 50 мс (сопровождаемых паузой 50 мс). Поэтому набор номера тоновым способом в среднем в 5 раз быстрее, чем импульсный (к сожалению, в нашей стране импульсный набор пока остается основным способом набора во всех городах).
Коммутаторы сети не позволяют обеспечить промежуточное
хранение данных. Поскольку запоминающие устройства в коммутаторах отсутствуют, возможен отказ в соединении при занятости абонента или при исчерпании коммутатором своих возможностей по соединению входных и выходных каналов (занятость АТС). Для передачи дискретных данных по аналоговым коммутируемым сетям используются модемы, поддерживающие процедуру вызова абонента.
Пропускная способность коммутируемого аналогового канала заранее неизвестна, так как модемы устанавливают соединение на скорости, подходящей для реального качества канала. Так как качество
коммутируемых каналов меняется в течение сеанса связи, то модемы
изменяют скорость передачи данных динамически.
В телефонных коммутаторах аналоговых телефонных сетей
могут использоваться два принципа коммутации - аналоговый, основанный на частотном разделении канала (FDM), и цифровой, основанный на разделении канала во времени (TDM).
Системы, работающие по методу частотного уплотнения, подразделяются на электромеханические и программно-управляемые
электронные. Электромеханические системы (например, шаговые искатели) управляются по проводным цепям и приводятся в действие
электродвигателями или шаговыми искателями. В электромеханиче-
71
ских системах логика маршрутизации встроена в аппаратуру. В программно-управляемых коммутаторах логика коммутации реализуется
программным обеспечением, а сама коммутация выполняется электронным способом.
Электромеханические коммутаторы, естественно, создают значительные помехи в коммутируемых каналах. Кроме того, дополнительные помехи создает сам способ коммутации уплотненных каналов на основе FDM. Это объясняется тем, что коммутировать уплотненные в общий канал сигналы отдельных абонентов невозможно.
Перед операцией коммутации всегда нужно провести полное демультиплексирование сигналов абонентских каналов, то есть превратить
сигнал высокочастотной несущей (который находится в диапазоне от
60 до 108 кГц для уплотненного канала первого уровня, состоящего
из 12 абонентских каналов) в голосовой сигнал со спектром от 300 до
3400 Гц. Только затем такие каналы можно коммутировать с помощью шаговых искателей или электронных ключей.
Переход на цифровые методы коммутации существенно повышает качество коммутируемых каналов даже при том, что сигнал
от абонента поступает в ближайшую АТС в аналоговой форме, а значит, подвергается на «последней миле» воздействию помех, которые
уже невозможно отфильтровать.
Для передачи данных по аналоговым коммутируемым телефонным каналам используются модемы, которые поддерживают процедуру автовызова абонента и работают по 2-проводному окончанию,
так как в телефонных сетях для коммутируемых каналов предусмотрено именно это окончание. Чаще всего сегодня для коммутируемых
каналов используются те же модели модемов, что и для выделенных,
так как последние стандарты определяют два режима работы - по выделенным каналам и по коммутируемым. Естественно, такие комби-
72
нированные модели дороже моделей, поддерживающих только один
режим работы – по коммутируемым каналам.
Для передачи данных по коммутируемым каналам был разработан ряд основных стандартов, определяющих скорость и метод кодирования сигналов. Основными стандартами на сегодняшний день
являются V.34+ (дуплексная передача на скорости до 33,6 кбит/с) и
V.90.
Модемный стандарт V.90 является технологией, направленной
на обеспечение недорогого и быстрого способа доступа пользователей к сетям поставщиков услуг. Этот стандарт обеспечивает асимметричный обмен данными: со скоростью 56 Кбит/с из сети и со скоростью 30-40 кбит/с в сеть. Стандарт совместим со стандартом V.34+.
Основная идея технологии асимметричных модемов состоит в
следующем. В современных телефонных сетях часто единственным
аналоговым звеном в соединении с сервером удаленного доступа является телефонная пара, связывающая модем компьютера с коммутатором телефонной станции. Этот канал оптимизирован для передачи
речевых сигналов: максимальная скорость передачи данных определяется из условия предельно допустимого соотношения между шумами физической линии передачи и погрешностью дискретизации
звукового сигнала при его оцифровывании. Эта величина задается
стандартом V.34+ и равна 33,6 Кбит/с.
Достоинством новой технологии является то, что для ее внедрения не требуется вносить какие-либо изменения в оборудование
телефонной станции - нужно лишь изменить программу в цифровых
модемах, установленных в стойках у поставщика услуг, а также загрузить в пользовательский модем новую программу либо заменить
микросхему памяти в зависимости от модели и производителя.
73
Технологии асимметричных модемов рассчитаны на то, что
сервер удаленного доступа поставщика услуг корпоративной или
публичной сети с коммутацией пакетов подключен к какой-либо АТС
телефонной сети по цифровому интерфейсу, например BRI ISDN, или
же по выделенному каналу Т1/Е1. Так что цифровой поток данных,
идущий от сервера, постоянно пересылается сетью в цифровой форме
и только на абонентском окончании преобразуется в аналоговую
форму. Если же сервер удаленного доступа подключен к телефонной
сети по обычному аналоговому окончанию, то даже наличие модема
V.90 у сервера не спасет положение - данные будут подвергаться аналого-цифровому преобразованию, и их максимальная скорость не
сможет превысить 33,6 Кбит/с. При подключении же модемов V.90 к
телефонной сети с обеих сторон обычным способом, то есть через
аналоговые окончания, они работают как модемы V.34+. Такая же
картина будет наблюдаться в случае, если в телефонной сети на пути
трафика встретится аналоговый коммутатор.
Сети с интегральными услугами ISDN (Integrated Services
Digital Network – цифровые сети с интегральными услугами) относятся к сетям, в которых основным режимом коммутации является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой
форме. Идеи перехода телефонных сетей общего пользования на полностью цифровую обработку данных, при которой конечный абонент
передает данные непосредственно в цифровой форме, высказывались
давно. Сначала предполагалось, что абоненты этой сети будут передавать только голосовые сообщения. Такие сети получили название
IDN - Integrated Digital Network. Термин «интегрированная сеть» относился к интеграции цифровой обработки информации сетью с цифровой передачей голоса абонентом. Идея такой сети была высказана
еще в 1959 году. Затем было решено, что такая сеть должна предос-
74
тавлять своим абонентам не только возможность поговорить между
собой, но и воспользоваться другими услугами − в первую очередь
передачей компьютерных данных. Кроме того, сеть должна была
поддерживать для абонентов разнообразные услуги прикладного
уровня - факсимильную связь, телетекс (передачу данных между
двумя терминалами), видеотекс (получение хранящихся в сети данных на свой терминал), голосовую почту и ряд других. Предпосылки
для создания такого рода сетей сложились к середине 70-х годов.
К этому времени уже широко применялись цифровые каналы Т1 для
передачи данных в цифровой форме между АТС, а первый мощный
цифровой коммутатор телефонных каналов 4ESS был выпущен компанией Western Electric в 1976 году. Процесс стандартизации этой
технологии продолжается.
Архитектура сети ISDN предусматривает несколько видов
служб:
некоммутируемые средства (выделенные цифровые каналы);
коммутируемая телефонная сеть общего пользования;
сеть передачи данных с коммутацией каналов;
сеть передачи данных с коммутацией пакетов;
сеть передачи данных с трансляцией кадров (Frame Relay);
средства контроля и управления работой сети.
Стандарты ISDN описывают также ряд услуг прикладного
уровня: факсимильную связь на скорости 64 Кбит/с, телексную связь
на скорости 9600 бит/с, видеотекс на скорости 9600 бит/с и некоторые другие.
На практике не все сети ISDN поддерживают все стандартные
службы. Служба Frame Relay хотя и была разработана в рамках сети
ISDN, однако реализуется, как правило, с помощью отдельной сети
75
коммутаторов кадров, не пересекающейся с сетью коммутаторов
ISDN. Базовой скоростью сети ISDN является скорость 64 кбит/с.
Одним из базовых принципов ISDN является предоставление
пользователю стандартного интерфейса, с помощью которого пользователь может запрашивать у сети разнообразные услуги. Этот интерфейс образуется между двумя типами оборудования, устанавливаемого в помещении пользователя (Customer Premises Equipment, СРЕ):
терминальным оборудованием пользователя ТЕ (компьютер с соответствующим адаптером, маршрутизатор, телефонный аппарат) и сетевым окончанием NT, которое представляет собой устройство, завершающее канал связи с ближайшим коммутатором ISDN.
Пользовательский интерфейс основан на каналах трех типов:
В − со скоростью передачи данных 64 кбит/с;
D − со скоростью передачи данных 16 или 64 кбит/с;
Н − со скоростью передачи данных 384 кбит/с (НО),
1536 кбит/с (НИ) или 1920 кбит/с (Н12).
Каналы типа В обеспечивают передачу пользовательских данных (оцифрованного голоса, компьютерных данных или смеси голоса
и данных) и с более низкими скоростями, чем 64 кбит/с. Разделение
данных выполняется с помощью техники TDM. Разделением канала
В на подканалы в этом случае должно заниматься пользовательское
оборудование, сеть ISDN всегда коммутирует целые каналы типа В.
Каналы типа В могут соединять пользователей с помощью техники
коммутации каналов друг с другом, а также образовывать так называемые полупостоянные (semipermanent) соединения, которые эквиваленты соединениям службы выделенных каналов. Канал типа В
может также подключать пользователя к коммутатору сети Х.25.
Канал типа D выполняет две основные функции. Первой и основной является передача адресной информации, на основе которой
76
осуществляется коммутация каналов типа В в коммутаторах сети.
Второй функцией является поддержание услуг низкоскоростной сети
с коммутацией пакетов для пользовательских данных. Обычно эта
услуга выполняется сетью в то время, когда каналы типа D свободны
от выполнения основной функции.
Каналы типа Н предоставляют пользователям возможности
высокоскоростной передачи данных. На них могут работать службы
высокоскоростной передачи факсов, видеоинформации, качественного воспроизведения звука.
Пользовательский интерфейс ISDN представляет собой набор
каналов определенного типа и с определенными скоростями.
Сеть ISDN поддерживает два типа пользовательского интерфейса - начальный (Basic Rate Interface, BRI) и основной (Primay Rate
Interface, PRI).
Начальный интерфейс BRI предоставляет пользователю два
канала по 64 кбит/с для передачи данных (каналы типа В) и один канал с пропускной способностью 16 кбит/с для передачи управляющей
информации (канал типа D). Все каналы работают в полнодуплексном режиме. В результете суммарная скорость интерфейса BRI для
пользовательских данных составляет 144 кбит/с по каждому направлению, а с учетом служебной информации − 192 кбит/с. Различные
каналы пользовательского интерфейса разделяют один и тот же физический двухпроводный кабель по технологии TDM, то есть являются логическими каналами, а не физическими. Данные по интерфейсу
BRI передаются кадрами, состоящими из 48 бит. Каждый кадр содержит по 2 байта каждого из В каналов, а также 4 бита канала D.
Передача кадра длится 250 мс, что обеспечивает скорость данных
64 кбит/с для каналов В и 16 кбит/с для канала D. Кроме бит данных
кадр содержит служебные биты для обеспечения синхронизации кад-
77
ров, а также обеспечения нулевой постоянной составляющей электрического сигнала.
Интефейс BRI может поддерживать не только схему 2B+D, но
и B+D и просто D (когда пользователь направляет в сеть только пакетизированные данные).
Начальный интерфейс стандартизован в рекомендации 1.430.
Основной интерфейс PRI предназначен для пользователей с
повышенными требованиями к пропускной способности сети. Интерфейс PRI поддерживает либо схему 30B+D, либо схему 23B+D. В
обеих схемах канал D обеспечивает скорость 64 кбит/с. Первый вариант предназначен для Европы, второй - для Северной Америки и
Японии. Ввиду большой популярности скорости цифровых каналов
2,048 Мбит/с в Европе и скорости 1,544 Мбит/с в остальных регионах, привести стандарт на интерфейс PRI к общему варианту не удалось.
Возможны варианты интерфейса PRI с меньшим количеством
каналов типа В, например 20B+D. Каналы типа В могут объединяться
в один логический высокоскоростной канал с общей скоростью до
1920 Кбит/с. При установке у пользователя нескольких интерфейсов
PRI все они могут иметь один канал типа D, при этом количество В
каналов в том интерфейсе, который не имеет канала D, может увеличиваться до 24 или 31.
Основной интерфейс может быть основан на каналах типа Н.
При этом общая пропускная способность интерфейса все равно не
должна превышать 2,048 или 1,544 Мбит/с. Для каналов НО возможны интерфейсы 3H0+D для американского варианта и 5HO+D для европейского.
Технология ISDN разрабатывалась как основа всемирной телекоммуникационной сети, позволяющей связывать как телефонных
78
абонентов, так и абонентов других глобальных сетей: компьютерных,
телексных. Поэтому при разработке схемы адресации узлов ISDN необходимо было, во-первых, сделать эту схему достаточно емкой для
всемирной адресации, а во-вторых, совместимой со схемами адресации других сетей, чтобы абоненты этих сетей, в случае соединения
своих сетей через сеть ISDN, могли бы пользоваться привычными
форматами адресов. Разработчики стека TCP/IP пошли по пути введения собственной системы адресации, независимой от систем адресации объединяемых сетей. Разработчики технологии ISDN пошли по
другому пути − они решили добиться использования в адресе ISDN
адресов объединяемых сетей.
Сети ISDN сегодня используются в основном так же, как аналоговые телефонные сети, то есть как сети с коммутацией каналов, но
только более скоростные. Интерфейс BRI дает возможность установить дуплексный режим обмена со скоростью 128 кбит/с (логическое
объединение двух каналов типа В), а интерфейс PRI − 2,048 Мбит/с.
Кроме того, качество цифровых каналов гораздо выше, чем аналоговых, а это значит, что процент искаженных кадров будет гораздо ниже и полезная скорость обмена данными существенно выше.
Обычно интерфейс BRI используется в коммуникационном
оборудовании для подключения отдельных компьютеров или небольших локальных сетей, а интерфейс PRI – в маршрутизаторах,
рассчитанных на сети средних размеров.
Сети ISDN не рассматриваются разработчиками корпоративных сетей как хорошее средство для создания магистрали сети. Основная причина - отсутствие скоростной службы коммутации пакетов
и невысокие скорости каналов, предоставляемых конечным пользователям. Для целей же подключения мобильных и домашних пользователей, небольших филиалов и образования резервных каналов связи
79
сети ISDN сейчас используются очень широко, естественно там, где
они существуют. Производители коммуникационного оборудования
выпускают широкий спектр продуктов для подключения локальных
сетей к ISDN – терминальных адаптеров, удаленных мостов и офисных маршрутизаторов.
Сети Frame Relay лучше подходят для передачи пульсирующего трафика локальных сетей по сравнению с сетями Х.25, правда, это
преимущество проявляется только тогда, когда каналы связи приближаются по качеству к каналам локальных сетей, а для глобальных
каналов такое качество обычно достижимо только при использовании
волоконно-оптических кабелей.
Преимущество сетей Frame Relay заключается в их низкой
протокольной избыточности и дейтаграммном режиме работы, что
обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. Надежную передачу кадров технология Frame Relay
не обеспечивает. Сети Frame Relay специально разрабатывались как
общественные сети для соединения частных локальных сетей. Они
обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мбит/с.
Особенностью технологии Frame Relay является гарантированная поддержка основных показателей качества транспортного обслуживания локальных сетей – средней скорости передачи данных по
виртуальному каналу при допустимых пульсациях трафика. Кроме
технологии Frame Relay гарантии качества обслуживания на сегодня
может предоставить только технология АТМ, в то время как остальные технологии предоставляют требуемое качество обслуживания
только в режиме «с максимальными усилиями» (best effort), то есть
без гарантий.
Технология Frame Relay в сетях ISDN стандартизована как
служба. В рекомендациях 1.122, вышедших в свет в 1988 году, эта
80
служба входила в число дополнительных служб пакетного режима,
но затем уже при пересмотре рекомендаций в 1992-93 гг. она была
названа службой Frame Relay и вошла в число служб режима передачи кадров наряду со службой frame switching. Служба frame switching
работает в режиме гарантированной доставки кадров с регулированием потока. На практике поставщики телекоммуникационных услуг
предлагают только службу Frame Relay.
Технология Frame Relay сразу привлекла большое внимание
ведущих телекоммуникационных компаний и организаций по стандартизации. В ее становлении и стандартизации помимо CCITT
(ITU-T) активное участие принимают Frame Relay Forum и комитет
T1S1 института ANSI.
Некоммерческую организацию Frame Relay Forum образовали
в 1990 году компании Cisco Systems, StrataCom (сегодня – подразделение Cisco Systems), Northern Telecom и Digital Equipment
Corporation для развития и конкретизации стандартов CCITT и ANSI.
Спецификации Frame Relay Forum носят название FRF и имеют порядковые номера. Спецификации FRF часто стандартизуют те аспекты технологии Frame Relay, которые еще не нашли свое отражение в
стандартах ITU-T и ANSI. Например, спецификация FRF. 11 определяет режим передачи голоса по сетям Frame Relay.
Стандарты Frame Relay, как ITU-T/ANSI, так и Frame Relay
Forum, определяют два типа виртуальных каналов - постоянные
(PVC) и коммутируемые (SVC). Это соответствует потребностям
пользователей, так как для соединений, по которым трафик передается почти всегда, больше подходят постоянные каналы, а для соединений, которые нужны только на несколько часов в месяц, больше подходят коммутируемые каналы.
81
Однако производители оборудования Frame Relay и поставщики услуг сетей Frame Relay начали с поддержки только постоянных
виртуальных каналов. Это, естественно, является большим упрощением технологии. Тем не менее, в последние годы оборудование,
поддерживающее коммутируемые виртуальные каналы, появилось, и
появились поставщики, предлагающие такую услугу.
Технология Frame Relay благодаря особому подходу гарантированно обеспечивает основные параметры качества транспортного
обслуживания, необходимые при объединении локальных сетей.
Технология Frame Relay начинает занимать в территориальных
сетях с коммутацией пакетов ту же нишу, которую заняла в локальных сетях технология Ethernet. Их роднит то, что они предоставляют
только быстрые базовые транспортные услуги, доставляя кадры в
узел назначения без гарантий, дейтаграммным способом. Однако если кадры теряются, то сеть frame realay, как и сеть Ethernet, не предпринимает никаких усилий для их восстановления. Отсюда следует
простой вывод - полезная пропускная способность прикладных протоколов при работе через сети Frame Relay будет зависеть от качества
каналов и методов восстановления пакетов на уровнях стека, расположенного над протоколом Frame Relay. Если каналы качественные,
то кадры будут теряться и искажаться редко, так что скорость восстановления пакетов протоколом TCP или NCP будет вполне приемлема.
Если же кадры искажаются и теряются часто, то полезная пропускная
способность в сети Frame Relay может упасть в десятки раз, как это
происходит в сетях Ethernet при плохом состоянии кабельной системы.
Поэтому сети Frame Relay следует применять только при наличии на магистральных каналах волоконно-оптических кабелей высокого качества. Каналы доступа могут быть и на витой паре, как это
82
разрешает интерфейс G.703 или абонентское окончание ISDN. Используемая на каналах доступа аппаратура передачи данных должна
обеспечить приемлемый уровень искажения данных – не ниже 10-6.
На величины задержек сеть Frame Relay гарантий не дает, и это
основная причина, которая сдерживает применение этих сетей для
передачи голоса. Передача видеоизображения тормозится и другим
отличием сетей Frame Relay от АТМ - низкой скоростью доступа в 2
Мбит/с, что для передачи видео часто недостаточно.
Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous
Transfer Mode, АТМ) разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг, которые называются широкополосными сетями ISDN (Broadband-ISDN, B-ISDN).
По планам разработчиков единообразие, обеспечиваемое АТМ,
состоит в том, что одна транспортная технология сможет обеспечить
несколько перечисленных ниже возможностей [48].
Передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, чувствительного к задержкам, причем для каждого вида трафика
качество обслуживания будет соответствовать его потребностям.
Иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит
до нескольких гигабит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений.
Общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей.
Сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов: Т1/Е1, ТЗ/ЕЗ, SDH STM-n,
FDDI.
83
Взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей: IP, SNA, Ethernet, ISDN.
Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий −
коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на
вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй
- использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. С
помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания виртуальных каналов с разным качеством обслуживания удается
добиться передачи в одной сети разных типов трафика без дискриминации. Хотя сети ISDN также разрабатывались для передачи различных видов трафика в рамках одной сети, голосовой трафик явно был
для разработчиков более приоритетным. Технология АТМ с самого
начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все
виды трафика в соответствии с их требованиями.
Разработку стандартов АТМ осуществляет группа организаций
под названием АТМ Forum под руководством специального комитета
IEEE, а также комитеты ITU-T и ANSI. АТМ - это очень сложная технология, требующая стандартизации в самых различных аспектах,
поэтому, хотя основное ядро стандартов было принято в 1993 году,
работа по стандартизации активно продолжается. Оптимизм внушает
тот факт, что в АТМ Forum принимают участие практически все заинтересованные стороны - производители телекоммуникационного
оборудования, производители оборудования локальных сетей, операторы телекоммуникационных сетей и сетевые интеграторы. До широкого распространения технологии АТМ по оценкам специалистов
должно пройти еще 5-10 лет. Такой прогноз связан не только с отсутствием полного набора принятых стандартов, но и с невозможностью
84
быстрой замены уже установленного дорогого оборудования, которое
хотя и не так хорошо, как хотелось бы, но все же справляется со
своими обязанностями. Кроме того, многое еще нужно сделать в области стандартизации взаимодействия АТМ с существующими сетями, как компьютерными, так и телефонными.
Сеть АТМ имеет структуру территориальной сети – конечные
станции соединяются индивидуальными каналами с коммутаторами
нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Коммутаторы АТМ пользуются 20байтными адресами конечных узлов для маршрутизации трафика на
основе техники виртуальных каналов. Для частных сетей АТМ определен протокол маршрутизации PNNI (Private NNI), с помощью которого коммутаторы могут строить таблицы маршрутизации автоматически. В публичных сетях АТМ таблицы маршрутизации могут строиться администраторами вручную, как и в сетях Х.25, или могут поддерживаться протоколом PNNI.
Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора
виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), который назначается соединению при его установлении и уничтожается при разрыве соединения. Адрес конечного узла АТМ, на основе которого прокладывается виртуальный канал, имеет иерархическую структуру,
подобную номеру в телефонной сети, и использует префиксы, соответствующие кодам стран, городов, сетям поставщиков услуг и т. п.,
что упрощает маршрутизацию запросов установления соединения,
как и при использовании агрегированных IP-адресов в соответствии с
техникой CIDR.
Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent
Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit,
SVC). Для ускорения коммутации в больших сетях используется по-
85
нятие виртуального пути - Virtual Path, который объединяет виртуальные каналы, имеющие в сети АТМ общий маршрут между исходным и конечным узлами или общую часть маршрута между некоторыми двумя коммутаторами сети. Идентификатор виртуального пути
(Virtual Path Identifier, VPI) является старшей частью локального адреса и представляет собой общий префикс для некоторого количества
различных виртуальных каналов. Таким образом, идея агрегирования
адресов в технологии АТМ применена на двух уровнях: на уровне адресов конечных узлов (работает на стадии установления виртуального канала) и на уровне номеров виртуальных каналов (работает при
передаче данных по имеющемуся виртуальному каналу).
Соединения конечной станции АТМ с коммутатором нижнего
уровня определяются стандартом UNI (User Network Interface). Спецификация UNI определяет структуру пакета, адресацию станций,
обмен управляющей информацией, уровни протокола АТМ, способы
установления виртуального канала и способы управления трафиком.
В настоящее время принята версия UNI 4.0, но наиболее распространенной версией, поддерживаемой производителями оборудования,
является версия UNI 3.1.
Стандарт АТМ не вводит свои спецификации на реализацию
физического уровня. Здесь он основывается на технологии
SDH/SONET, принимая ее иерархию скоростей. В соответствии с
этим начальная скорость доступа пользователя сети - это скорость
ОС-3 155 Мбит/с. Организация АТМ Forum определила для АТМ не
все иерархии скоростей SDH, а только скорости ОС-3 и ОС-12 (622
Мбит/с). На скорости 155 Мбит/с можно использовать не только волоконно-оптический кабель, но и неэкранированную витую пару пятой категории. На скорости 622 Мбит/с допустим только волоконнооптический кабель, причем как SMF, так и MMF.
86
Имеются и другие физические интерфейсы к сетям АТМ, отличные от SDH/ SONET. К ним относятся интерфейсы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ,
распространенные в глобальных сетях, и интерфейсы локальных сетей - интерфейс с кодировкой 4В/5В со скоростью 100 Мбит/с (FDDI)
и интерфейс со скоростью 25 Мбит/с, предложенный компанией IBM
и утвержденный АТМ Forum. Кроме того, для скорости
155,52 Мбит/с определен так называемый «cell-based» физический
уровень, то есть уровень, основанный на ячейках, а не на кадрах
SDH/SONET. Этот вариант физического уровня не использует кадры
SDH/SONET, а отправляет по каналу связи непосредственно ячейки
формата АТМ, что сокращает накладные расходы на служебные данные, но несколько усложняет задачу синхронизации приемника с передатчиком на уровне ячеек.
Трафик вычислительных сетей имеет ярко выраженный асинхронный и пульсирующий характер. Компьютер посылает пакеты в
сеть в случайные моменты времени, по мере возникновения в этом
необходимости. При этом интенсивность посылки пакетов в сеть и их
размер могут изменяться в широких пределах – например, коэффициент пульсаций трафика (отношения максимальной мгновенной интенсивности трафика к его средней интенсивности) протоколов без
установления соединений может доходить до 200, а протоколов с установлением соединений – до 20. Чувствительность компьютерного
трафика к потерям данных высокая, так как без утраченных данных
обойтись нельзя и их необходимо восстановить за счет повторной передачи.
Мультимедийный трафик, передающий, например, голос или
изображение, характеризуется низким коэффициентом пульсаций,
высокой чувствительностью к задержкам передачи данных (отражающихся на качестве воспроизводимого непрерывного сигнала) и
87
низкой чувствительностью к потерям данных (из-за инерционности
физических процессов потерю отдельных замеров голоса или кадров
изображения можно компенсировать сглаживанием на основе предыдущих и последующих значений).
На возможности совмещения компьютерного и мультимедийного трафика большое влияние оказывает размер компьютерных пакетов. Если размер пакета может меняться в широком диапазоне (например, от 29 до 4500 байт, как в технологии FDDI), то даже при
придании голосовым пакетам высшего приоритета обслуживания в
коммутаторах время ожидания компьютерного пакета может оказаться недопустимо высоким. Например, пакет в 4500 байт будет передаваться в выходной порт на скорости 2 Мбит/с (максимальная скорость работы порта коммутатора Frame Relay) 18 мс. При совмещении трафика за это время необходимо через этот же порт передать
144 замера голоса. Прерывать передачу пакета в сетях нежелательно,
так как при распределенном характере сети накладные расходы на
оповещение соседнего коммутатора о прерывании пакета, а потом - о
возобновлении передачи пакета с прерванного места оказываются
слишком большими.
Класс трафика (называемый также классом услуг – service
class) качественно характеризует требуемые услуги по передаче данных через сеть АТМ. Если приложение указывает сети, что требуется,
например, передача голосового трафика, то из этого становится ясно,
что особенно важными для пользователя будут такие показатели качества обслуживания, как задержки и вариации задержек ячеек, существенно влияющие на качество переданной информации - голоса
или изображения, а потеря отдельной ячейки с несколькими замерами
не так уж важна, так как, например, воспроизводящее голос устройство может аппроксимировать недостающие замеры, и качество по-
88
страдает не слишком. Требования к синхронности передаваемых данных очень важны для многих приложений − не только голоса, но и
видеоизображения, и наличие этих требований стало первым критерием для деления трафика на классы.
Другим важным параметром трафика, существенно влияющим
на способ его передачи через сеть, является величина его пульсаций.
Разработчики технологии АТМ решили выделить два различных типа
трафика в отношении этого параметра: трафик с постоянной битовой
скоростью (Constant Bit Rate, CBR) и трафик с переменной битовой
скоростью (Variable Bit Rate, VBR).
К разным классам были отнесены трафики, порождаемые приложениями, использующими для обмена сообщениями протоколы с
установлением соединений и без установления соединений. В первом
случае данные передаются самим приложением достаточно надежно,
как это обычно делают протоколы с установлением соединения, поэтому от сети АТМ высокой надежности передачи не требуется. А во
втором случае приложение работает без установления соединения и
восстановлением потерянных и искаженных данных не занимается,
что предъявляет повышенные требования к надежности передачи
ячеек сетью АТМ.
В результате было определено пять классов трафика, отличающихся следующими качественными характеристиками:
наличием или отсутствием пульсации трафика, то есть
трафики CBR или VBR;
требованием к синхронизации данных между передающей
и принимающей сторонами;
типом протокола, передающего свои данные через сеть
АТМ, - с установлением соединения или без установления
соединения (только для случая передачи компьютерных
данных).
89
Очевидно, что только качественных характеристик, задаваемых классом трафика, для описания требуемых услуг оказывается
недостаточно. В технологии АТМ для каждого класса трафика определен набор количественных параметров, которые приложение должно задать. Например, для трафика класса А необходимо указать постоянную скорость, с которой приложение будет посылать данные в
сеть, а для трафика класса В − максимально возможную скорость,
среднюю скорость и максимально возможную пульсацию. Для голосового трафика можно не только указать на важность синхронизации
между передатчиком и приемником, но и количественно задать верхние границы задержки и вариации задержки ячеек.
Технология АТМ разрабатывалась сначала без учета того, что
в существующие технологии сделаны большие вложения и поэтому
никто не станет сразу отказываться от установленного и работающего
оборудования, даже если появляется новое, более совершенное. Это
обстоятельство оказалось не столь важным для территориальных сетей, которые в случае необходимости могли предоставить свои оптоволоконные каналы для построения сетей АТМ. Учитывая, что стоимость высокоскоростных оптоволоконных каналов, проложенных на
большие расстояния, часто превышает стоимость остального сетевого
оборудования, переход на новую технологию АТМ, связанный с заменой коммутаторов, во многих случаях оказывался экономически
оправданным.
Для локальных сетей, в которых замена коммутаторов и сетевых адаптеров равнозначна созданию новой сети, переход на технологию АТМ мог быть вызван только весьма серьезными причинами.
Гораздо привлекательнее полной замены существующей локальной
сети новой сетью АТМ выглядела возможность «постепенного» внедрения технологии АТМ в существующую на предприятии сеть. При
90
таком подходе фрагменты сети, работающие по новой технологии
АТМ, могли бы мирно сосуществовать с другими частями сети, построенными на основе традиционных технологий, таких как Ethernet
или FDDI, улучшая характеристики сети там, где это нужно, и оставляя сети рабочих групп или отделов в прежнем виде. Применение
маршрутизаторов IP, реализующих протокол Classical IP, решает эту
проблему, но такое решение не всегда устраивает предприятия, пользующиеся услугами локальных сетей, так как, во-первых, требуется
обязательная поддержка протокола IP во всех узлах локальных сетей,
а во-вторых, требуется установка некоторого количества маршрутизаторов, что также не всегда приемлемо. Отчетливо ощущалась необходимость способа согласования технологии АТМ с технологиями
локальных сетей без привлечения сетевого уровня.
Стандартизирующей организацией АТМ Forum была разработана спецификация, называемая LANE (LAN emulation, то есть эмуляция локальных сетей), которая призвана обеспечить совместимость
традиционных протоколов и оборудования локальных сетей с технологией АТМ. Эта спецификация обеспечивает совместную работу
этих технологий на канальном уровне. При таком подходе коммутаторы АТМ работают в качестве высокоскоростных коммутаторов магистрали локальной сети, обеспечивая не только скорость, но и гибкость соединений коммутаторов АТМ между собой, поддерживающих произвольную топологию связей, а не только древовидные
структуры.
В локальных сетях технология АТМ применяется обычно на
магистралях, где хорошо проявляются такие ее качества, как масштабируемая скорость (выпускаемые сегодня корпоративные коммутаторы АТМ поддерживают на своих портах скорости 155 и 622 Мбит/с),
качество обслуживания (для этого нужны приложения, которые уме-
91
ют запрашивать нужный класс обслуживания), петлевидные связи
(которые позволяют повысить пропускную способность и обеспечить
резервирование каналов связи). Основной соперник технологии АТМ
в локальных сетях – тенология Gigabit Ethernet. Она превосходит
АТМ в скорости передачи данных − 1000 Мбит/с по сравнению
с 622 Мбит/с, а также в затратах на единицу скорости. Там, где коммутаторы АТМ используются только как высокоскоростные устройства, а возможности поддержки разных типов трафика игнорируются,
технологию АТМ, очевидно, заменит технология Gigabit Ethernet.
Там же, где качество обслуживания действительно важно (видеоконференции, трансляция телевизионных передач и т. п.), технология
АТМ останется. Для объединения настольных компьютеров технология АТМ, вероятно, еще долго не будет использоваться, так как здесь
очень серьезную конкуренцию ей составляет технология Fast
Ethernet.
В глобальных сетях АТМ применяется там, где сеть Frame
Relay не справляется с большими объемами трафика, и там, где нужно обеспечить низкий уровень задержек, необходимый для передачи
информации реального времени.
Сегодня основной потребитель территориальных коммутаторов АТМ – это Internet. Коммутаторы АТМ используются как гибкая
среда
коммутации
виртуальных
каналов
между
IPмаршрутизаторами, которые передают свой трафик в ячейках АТМ.
Сети АТМ оказались более выгодной средой соединения IPмаршрутизаторов, чем выделенные каналы SDH, так как виртуальный
канал АТМ может динамически перераспределять свою пропускную
способность между пульсирующим трафиком клиентов IP-сетей.
Примером магистральной сети АТМ крупного поставщика услуг мо-
92
жет служить сеть компании UUNET - одного из ведущих поставщиков услуг Internet Северной Америки.
Сегодня по данным исследовательской компании Distributed
Networking Associates около 85 % всего трафика, переносимого в мире сетями АТМ, составляет трафик компьютерных сетей (наибольшая
доля приходится на трафик IP - 32 %).
Что же касается совместимости АТМ с технологиями компьютерных сетей, то разработанные в этой области стандарты вполне работоспособны и удовлетворяют пользователей и сетевых интеграторов.
В качестве общедоступных беспроводных сетей в настоящее
время используются сети сотовой связи, обеспечивающее как передачу голоса, так и передачу данных.
Пространство сети разделено на небольшие участки – соты,
или ячейки радиусом до двух-трех десятков километров.
Радиосвязь в пределах одной ячейки отделена от связи между
ячейками, поэтому в разных сотах можно использовать одни и те же
частоты для передачи голоса и данных. В центре каждой ячейки имеется базовая приемно-передающая радиостанция. Она обеспечивает
радиосвязь в пределах ячейки со всеми абонентами. Каждый абонент
может устанавливать связь с другим абонентом посредством небольшой радиостанции – мобильного телефона. При этом абоненты связываются между собой, находясь как в пределах одной соты, так и в
разных сотах, но в пределах действия сети. Находясь в разных сотах,
абоненты связываются с базовыми станциями своих сот. Сами же базовые станции обмениваются данными посредством городской телефонной сети или выделенных проводных каналов связи. Группа сот с
различными наборами частот называется кластером. Определяющим
его параметром является количество используемых в соседних сотах
93
частот. Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является повторное использование частот в несмежных сотах.
Первым способом организации повторного использования частот, который применялся в аналоговых системах сотовой подвижной связи
первого поколения, был способ, использующий антенны базовых
станций с круговыми диаграммами направленности. Он предполагает
передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что
для абонентских станций эквивалентно приему помех от всех базовых станций со всех направлений [24, 25, 26, 59, 65].
Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое защитным интервалом. Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах
связи. Это же обуславливает взаимные помехи станций друг от друга.
Эффективным способом снижения уровня помех может быть
использование направленных секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой направленной антенны сигнал
излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в
противоположном направлении сокращается до минимума. Деление
сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повторно.
Общеизвестный способ повторного использования частот в организованных таким образом сотах основан на применении 3-секторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций с
формированием ими девяти групп частот. В этом случае используются антенны с шириной диаграммы направленности 120°.
Перемещения абонента в сотах отслеживаются. При перемещении внутри одной сети абонент «передается» с одной базовой
станции на другую, когда он перемещается из одной ячейки в другую.
94
Если абонент находится в пределах действия другой сотовой сети. То
обычно организуется передача его данных из этой сети в «свою» сеть
– осуществляется роуминг.
Важным ресурсом для сотовой сети является число каналов.
Чем больше каналов, тем больше абонентов может быть обслужено.
В настоящее время применяются три основных способа разделения
каналов.
Множественный доступ с частотным разделением каналов
FDMA (Frequency Division Multiple Access). Каждому абоненту выделяется отдельный радиоканал, что является неэффективным использованием частотного ресурса. Применяется в стандартах NMT (Nordic
Mobile Telephone), AMPS (Advanced Mobile Phone System), NAMPS
(Narrow AMPS). На основе FDMA строятся аналоговые сети связи.
Примером служат стандарты NMT400/450 (Nordic Mobile Telephone, диапазон 400 и/или 450 МГц), AMPS800 (Advanced Mobile
Phone Service) и его американские варианты – NAMPS800 (Narrowband AMPS) и TACS (Total Access Communications System, все в диапазоне 800 МГц). В стандартах NMT и AMPS каналы нарезаются по
30 кГц в полосах шириной 25 МГц для прямого (передающего) и обратного (принимаемого) сигнала. В первые годы наибольшее развитие у нас получили стандарты NMT450 и AMPS-800.
Основной недостаток FDMA – малая эффективность использования полосы частот, а с точки зрения пользователя – «зашумленность» речи и случающиеся перерывы в связи при переходе из соты в
соту. Другим серьезным недостатком, выявленном только при эксплуатации, оказалась слабая защита от постороннего доступа, что
привело к массовым случаям клонирования терминалов с целью воровства эфирного времени или подслушивания разговоров.
95
Множественный доступ с временным разделением каналов
TDMA (Time Division Multiple Access). Создан на основе технологии
FDMA, но каждый частотный канал дополнительно делится на несколько временных интервалов (тайм-слотов). Каждому абоненту выделяется один тайм-слот. На основе TDMA строятся цифровые сети
сотовой связи стандартов DAMPS (Digital AMPS) Л GSM
Множественный доступ с кодовым разделением каналов
CDMA (Code Division Multiple Access). Всеми абонентами используется общая полоса частот. Разделение абонентов осуществляется с
помощью специальной кодовой комбинации, которая добавляется к
полезному сигналу. На базе этой технологии строятся сети стандартов cdmaOne и 3G – сетей третьего поколения.
Исторически первыми системами сотовой связи стали системы
с частотным разделением каналов (FDMA), передававшие модулированный по частоте (FM) аналоговый сигнал.
Система сотовой подвижной связи стандарта AMPS была
впервые введена в эксплуатацию в США в 1979 г. Система работает в
диапазоне 825-890 МГц и имеет 666 дуплексных каналов при ширине
полосы частот каждого канала 30 кГц. Мощность передатчика базовой станции составляет 45 Вт, автомобильной подвижной станции 12 Вт, переносного аппарата − 1 Вт. В системе сотовой связи стандарта AMPS применяются базовые станции с антеннами, имеющими
ширину диаграммы направленности 120°, которые устанавливаются в
углах ячеек. Базовые станции подключены к центрам коммутации с
помощью проводных линий, по которым передаются речевые сигналы и служебная информация. Развитием стандарта AMPS стал цифровой метод передачи – DAMPS. На основе этого стандарта в дальнейшем были разработаны две его модификации: аналоговая
N-AMPS и цифровая D-AMPS. Оба эти варианта были созданы, в
96
первую очередь, для размещения в выделенной полосе частот большего числа разговорных каналов. В N-AMPS это достигается использованием более узких полос частот каналов, а в D-AMPS – использованием временного разделения каналов.
Все системы сотовой связи с частотным разделением каналов
относят к первому поколению (1G):
1. AMPS: Advanced Mobile Phone System (усовершенствованная система мобильной связи) впервые была запущена в США в 1979
г. Это - аналоговая система, основанная на FDMA и работающая в
частоте 800 МГц. Сегодня это наиболее используемая система и вторая по величине во всем мире.
2. NMT: Nordic Mobile Telephone (аналоговые мобильные системы скандинавских стран) - стандарт был разработан в Скандинавских странах, работает в частотном диапазоне 450 МГц. Как и другие
аналоговые стандарты, характеризуется худшим качеством передачи
речи и более вредным воздействием на организм человека, чем цифровые стандарты, а также возможностью прослушивания разговоров
и несанкционированного проникновения в сеть. В Москве услуги сотовой связи в этом стандарте предоставляет «Московская Сотовая
Связь» (МСС), член федеральной сети СОТЕЛ.
3. TACS: Total Access Communications System (общедоступная
система связи) впервые запущена в Великобритании в 1985 г. Стандарт основан на технологии AMPS и работает в диапазоне частоты
900МГц.
Подобные стандарты обладали множеством недостатков – нерационально использовали частотный ресурс и легко поддавались
взлому.
97
Основываясь на опыте использования аналоговых стандартов,
в начале 80-х были созданы сети второго поколения. Они базировались на принципе временного разделения каналов (TDMA).
Все системы сотовой связи с временным разделением каналов
относят ко второму поколению (2G).
1. GSM: Global System for Mobile Communications (глобальная
система мобильной связи) - первая коммерчески используемая цифровая система, основанная на сотах. Стандарт сотовой связи, использующий частоты 900, 1800 и 1900 МГц. Ответственный за стандартизацию технологии GSM Европейский Институт Стандартизации
Электросвязи (ETSI). GSM использует TDMA технологию. Этот сотовый стандарт в настоящее время является доминирующим, его используют более 60 % абонентов в мире на март 2002 г.
2. TDMA IS-136: Термин принят взамен термина D-AMPS, получившего название ANSI-136 (D-AMPS - цифровая усовершенствованная система мобильной связи) был определен 1998 году в США
Ассоциацией
телекоммуникационной
промышленности
(Telecommunications Industry Associations, TIA). Услуги ТDМА могут
предоставляться в частотных полосах 800 МГц и 1900 МГц. Этот
стандарт стали использовать более 70 стран во всем мире, и к марту
1999 года абонентами мобильной связи этого стандарта стали 22
миллиона человек в Южной и Северной Америке, в Тихоокеанском
регионе Азии, России (Билайн 800) и других регионах.
4. PDC: Personal Digital Cellular (персональная цифровая сотовая связь) - второй по величине цифровой стандарт мобильной связи,
хотя используется исключительно в Японии, где он был запущен в
1994 г. Подобно GSM, стандарт основан на технологии TDMA. В ноябре 2001 г. абонентами этого стандарта было около 66,39 миллионов
жителей Японии.
98
Стандарт CDMA IS-95А / cdmaOne некоторые называют переходным между 2G и 3G. CDMA IS-95А/cdmaOne - полностью цифровой стандарт, использующий диапазон частот 824-849 МГц для приема и 874-899 МГц для передачи. Он не предоставляет пользователю
такой большой выбор дополнительных услуг, как, например, GSM.
К третьему поколению относят сети сотовой связи к кодовым
разделением каналов (CDMA).
Одним из существенных недостатков сетей сотовой связи
стандарта GSM на сегодняшний день является низкая скорость передачи данных (максимум 9.6 кбит/с). Да и сама организация этого процесса далека от совершенства - для передачи данных абоненту выделяется один голосовой канал, а биллинг осуществляется исходя из
времени соединения (причем по тарифам, мало отличающимся от речевых).
Для высокоскоростной передачи данных посредством существующих GSM-сетей и была разработана GPRS (General Packet Radio
Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу). Необходимо отметить, что кроме повышения скорости (максимум составляет
171.2 кбит/с, но об этом чуть ниже), новая система предполагает
иную схему оплаты услуги передачи данных – при использовании
GPRS расчеты будут производиться пропорционально объему переданной информации, а не времени, проведенному online. Кроме того,
GPRS способствует более рациональному распределению радиочастотного ресурса: «пакеты» данных передают одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких
каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи. Голосовой трафик имеет приоритет перед данными, так что
скорость передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети. В
99
GPRS ни один канал не занимается под передачу данных полностью.
Это основное качественное отличие новой технологии от используемых в настоящее время.
Аппаратное и программное обеспечение GPRS разрабатывалось с учетом совместимости с существующими GSM – сетями и устанавливается совместно с ними.
Дополнением к стандарту GSM, приближающим его к сетям
третьего поколения UMTS (Universal Mobile Telephone System), является технология EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution, в
вольном переводе – «передача данных на повышенной скорости»),
позволяющая осуществлять перекачку информации на скоростях до
384 кбит/с в восьми GSM-каналах (48 кбит/с на канал). Для внедрения EDGE «поверх GPRS» операторам необходимо будет заменить
аппаратуру базовых станций BTS, а пользователям – приобрести поддерживающие EDGE телефонные аппараты.
На территориально небольших участках не всегда рентабельно
разворачивать обычные сотовые сети: для решения таких задач обычно применяют технологии микросотовой связи.
Европейским институтом телекоммуникационных стандартов
(ETSI) в 1992 г был официально опубликован новый беспроводной
стандарт DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications, усовершенствованная цифровая телефония). В 1993 г на выставке CeBIT
сразу несколько компаний представили первые системы беспроводной связи и передачи данных на основе DECT.
Основные сферы применения стандарта DECT – это системы
микросотовой связи для бизнеса (беспроводные учережденческие
АТС для средних и крупных организаций, распределенных производств, заводов), устройства абонентского доступа к телекоммуникационной сети общего пользования как альтернатива стандартному
100
проводному подключению (Wireless Local Loop), односотовые радиотелефоны и радиоАТС для дома, для малых офисов.
Каналы для передачи речи и данных в DECT-стандарте образуются за счет использования 10 несущих частот по технологии временного разделения с множественным доступом и временного дуплексирования (Multy Carrier/Time-Division Multiple Access/TimeDivision Duplexing). Емкость систем DECT (показатель, учитывающий напряженность абонентского трафика, ширину используемого
частотного диапазона и площадь покрытия) выше, чем других цифровых систем мобильной связи. Теоретически одна базовая DECT радиостанция может одновременно предоставлять 120 каналов передачи речи/данных для беспроводных абонентов. Поэтому оборудование
DECT подходит для организации мобильной связи там, где на небольшой площади сосредоточено много абонентов. Это важно как
для деловых применений, так и для операторов, предоставляющих
услуги связи. Подключение абонентов к сетям связи с помощью оборудования DECT («последняя миля») может оказаться экономически
эффективнее стандартного кабельного подключения, а в некоторых
случаях – единственно возможным. Такие системы быстрее развертываются, проще расширяются, легче в управлении, надежны в эксплуатации.
Абонент подключается с помощью фиксированного устройства
доступа (FAU), устанавливаемого, как правило, снаружи жилища или
офиса, и выполняющего функции приемопередатчика, являясь устройством, преобразующим DECT-радиосигналы в сигналы обыкновенной аналоговой телефонной линии, что дает возможность пользователю подключить обычное аналоговое оборудование, например телефонные аппараты, факсы и модемы. Оборудование WLL дает полный доступ ко всему сервису телефонной сети.
101
Примером систем беспроводного абонентского доступа могут
служить DRA 1900 производства Ericsson, SWING производства
Lucent Technologies. Среди односотовых радио-АТС для дома и малых офисов наиболее известны системы производства Siemens,
Panasonic, LG, Samsung, которые представляют собой систему из одного базового блока на 1-2 внешних городских линий и 4-8 радиотелефонов.
Системы микросотовой телефонной связи стандарта DECT
подключаются к используемой в организации АТС, образуя единую
телефонную систему, добавляя к проводным абонентам АТС беспроводных мобильных абонентов. Структура таких систем схожа с
обычными, «городскими» системами сотовой связи. Единственное
существенное отличие – масштабы. Создается микросотовая ведомственная сеть связи, обслуживающая сотрудников. Мобильный абонент получает компактный DECT-радиотелефон. Зона радиообслуживания создается сетью базовых радиостанций, каждая из которых
имеет определенную зону действия (микросоту); микросоты, перекрываясь, делают незаметным для мобильного абонента переход из
зоны действия одной базовой радиостанции в другую. Базовые радиостанции подключаются к центральному модулю, который обрабатывает сигналы мобильных абонентов и обеспечивает интерфейс
стыковки с АТС (по аналоговым либо цифровым линиям).
Примером систем микросотовой телефонной связи является
система Freeset стандарта DECT производства корпорации Ericsson,
KIRK Telecom DECT Z 1500 производства KIRK Telecom.
В конце 80-х годов разработчиками была осознана необходимость создания сетей третьего поколения, так как принципы TDMA
существенно ограничивали скорость передачи данных.
102
Концепция систем третьего поколения нацелена на создание
условий для предоставления услуг мультимедиа, включая высокоскоростную передачу информации, видео и речи, факсимильных сообщений и данных любому абоненту с помощью мобильного терминала, имеющего единый номер. Стоимость услуги должна быть минимальна при приемлемом качестве и уровне безопасности. Главная
цель разработки систем третьего поколения - удовлетворение потребности массового рынка в персональной связи, и ее достижение будет
зависеть как от тарифов для сетей общего пользования, так и от
стоимости абонентского терминала. Программа IMT-2000 базируется
на ряде признаков, определяющих принципы построения систем
третьего поколения и их архитектуру. Уже на первом этапе развертывания они должны обеспечивать определенные значения скорости
передачи для различных степеней мобильности абонента (т.е. разных
скоростей его движения) в зависимости от величины зоны покрытия:
до 2,048 Мбит/с при низкой мобильности (скорость менее
3 км/ч) и локальной зоне покрытия;
до 144 кбит/с при высокой мобильности (до 120 км/ч) и
широкой зоне покрытия;
до 64 (144) кбит/с при глобальном покрытии (спутниковая
связь).
Система множественного доступа с кодовым разделением
(CDMA) стала, возможно, самой многообещающей системой, появившейся на мировом рынке. Десятилетия назад эта технология использовалась в военной связи (США), а сегодня известна всем как
глобальный цифровой стандарт для коммерческих систем коммуникаций. За последние годы технология использования CDMA была
протестирована, стандартизирована, лицензирована и запущена в
производство большинством поставщиков беспроводного оборудова-
103
ния и уже применяется во всем мире. В отличие от других методов
доступа абонентов к сети, где энергия сигнала концентрируется на
выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA
распределены в непрерывном частотно-временном пространстве.
Фактически метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией.
В CDMA системах каждый голосовой поток отмечен своим уникальным кодом и передается на одном канале одновременно со многими
другими кодированными голосовыми потоками. Принимающая сторона использует тот же код для выделения сигнала из шума. Единственное отличие между множественными голосовыми потоками это
уникальный код. Канал, как правило, очень широк и каждый голосовой поток занимает целиком всю ширину диапазона. Эта система использует наборы каналов шириной 1,23 МГц. Голос кодируется на
скорости 8,55 кбит/с, но определение голосовой активности и различные скорости кодирования могут урезать поток данных до 1200 бит/с.
В системах CDMA могут устанавливаться очень прочные и защищенные соединения, несмотря на экстремально низкую величину
мощности сигнала, теоретически - сигнал может быть слабее, чем
уровень шума.
В 80-е годы двадцатого века проекты создания систем мобильной глобальной спутниковой связи (СГМСС) казались весьма перспективными. Это объяснялось тем, что наземные сети как проводной, так и беспроводной связи не обеспечивали необходимую степень
покрытия.
Рыночные исследования подтверждали высокий спрос на услуги систем глобальной мобильной спутниковой связи. (СГМСС).
За длительное время разработки (более 10 лет) первой системы
глобальной МСС – Iridium и ее запуска изменился тип пользователя,
104
подавляющее большинство из которых стали надежно обеспечены
услугами наземных сетей сотовой связи.
В 1998 году в коммерческую эксплуатацию была запущена
система Iridium, в 1999 – Globalstar, которые смогли к настоящему
моменту набрать около 40 тыс. и 80 тыс. абонентов соответственно.
Высокие операционные расходы на управление спутниковой группировкой и управление трафиком, малый срок жизни спутников на орбите (не более 8 лет) обязывают операторов СГМСС устанавливать
стоимость минуты разговора значительно выше, чем в сетях наземной
сотовой связи.
В результате Iridium, ICO, Teledesic и Globalstar стали банкротами. Таким образом, 14 млрд долл. на создание суперсовременных
созвездий СГМСС были потрачены практически впустую. Тем не менее, с 2000 года система Iridium вновь запущена в коммерческую эксплуатацию и на сегодня развивается более чем успешно. Стоимость
пользовательских терминалов достаточно высока (хотя трубки как
старого образца, так и более новые доступны любой компании или
пользователю со средними доходами), зато стоимость трафика не
только конкурентоспособна и по многим направлениям ниже роуминговых тарифов многих сотовых операторов.
Организация Inmarsat (в настоящее время – Inmarsat Ventures)
была создана в 1979 году для обеспечения морских судов спутниковой связью. На первом этапе своей деятельности Inmarsat арендовала
емкость спутников Marisat – первых спутников для мореходства, выведенных фирмой Comsat, и использовала их для получения своей
пользовательской базы. Затем компания запустила серию собственных спутников, уже владея достаточно многочисленной пользовательской базой. В дальнейшем в число пользователей вошли не только судоходные компании, но и авиационные и многофункциональные
105
компании. На конец 2001 года компания обслуживала 232 тыс. терминалов. Среднемесячный счет (ARPU) составляет 180 долларов
США.
В настоящее время основное подразделение компании –
Inmarsat Ltd. управляет спутниковой группировкой из девяти спутников, находящихся на геостационарной орбите.
К середине 90-х годов стало ясно, что развитие наземной связи
на крупнейших рынках сбыта Северной Америки и Европы не позволит операторам спутниковой связи привлечь количество абонентов,
достаточное для возврата произведенных инвестиций. При этом на
земном шаре оставались целые материки и регионы, где возможности
проникновения наземной фиксированной связи были крайне малы.
В середине 90-х годов получила развитие новая концепция построения систем спутниковой связи, включающая следующие элементы:
построение систем с региональным, а не глобальным покрытием;
совместимость с существующими GSM сетями наземных
сотовых операторов;
позиционирование спутника на геостационарной орбите;
последовательный (а не одновременный) запуск так называемых спутников-тяжеловесов (вес спутника выше 1 800
кг);
длительный срок жизни космического аппарата - не менее
12 лет.
Как показывает экономика проектов развертывания систем региональной мобильной спутниковой связи (СРМСС), основанных на
данной концепции, их капитальные затраты относительно невелики, а
операционные затраты по управлению спутником (спутниками) на
106
орбите ничтожно малы. Космический аппарат имеет большой энергетический запас, что не только гарантирует длительный срок его жизни, но и делает пользовательский терминал компактным и дружественным по отношению к конечному пользователю (сопоставим с терминалом для сети наземной сотовой связи, например, GSM). Вместе с
этим, спутник несет большую телекоммуникационную емкость, что
делает всю сеть дешевле. Это позволяет компаниям-операторам таких
систем выходить на рынок с конкурентными тарифными планами.
В настоящий момент уже эксплуатируются две системы региональной мобильной спутниковой связи: Thuraya и ACeS (КА Garuda).
На сегодняшний день наиболее существенны три системы: Iridium (общемировая зона покрытия), ACeS (зона покрытия – ЮгоВосточная Азия, Индия) и Thuraya (зона покрытия – Северная и Центральная Африка, Ближний Восток, Индия, Европа, СНГ). В мире известны и другие проекты создания и развертывания СРМСС
(Satphone, ASC, AMSC, EAST и некоторые другие), ориентированные
в основном на региональный охват рынков Азии и Африки.
С помощью 66 низкоорбитальных спутников Иридиум обеспечивает полное покрытие Земли. Iridium управляет группировкой из 66
основных и 6 запасных спутников, расположенных в 6-ти орбитальных плоскостях с углом наклона 86,4 градуса. Орбитальный период
составляет 100 минут 28 секунд, высота орбиты 780 км (485 миль).
Каждый спутник покрывает зону шириной в 4000 км. В связи с высокой скоростью пролета спутников (приблизительно 1 оборот вокруг
Земли в час), сигнал абонента Iridium передается от спутника к спутнику, не вызывая прерывания. Наземные станции сопряжения связаны одновременно как минимум с двумя спутниками из группировки.
Общие характеристики:
Вес спутника - 700 кг (1500 фунтов).
107
Зональные лучи - 48 на каждом спутнике.
Мощность канала - 16 ДБ (средняя).
Срок службы - 5-8 лет.
Используемые частоты:
телефон Iridium - спутник 1616-1626,5 МГц;
спутник - телефон Iridium 1616-1626,5 МГц;
спутник - спутник 23,18-23,38 ГГц;
спутник - наземная станция сопряжения 19,4-19,6 ГГц;
наземная станция сопряжения - спутник 29,1-29,3 ГГц.
ACeS, созданная в 1996 году, представляет собой региональную геостационарную систему мобильной спутниковой связи на территории более 30 стран Юго-Восточной Азии. В сентябре 2000 года
ACeS официально начала коммерческую эксплуатацию системы.
Спутник Garuda-1 способен предоставлять услуги мобильной спутниковой связи одному миллиону абонентов. Спутник поддерживает до
11000 одновременных телефонных соединений. Эксплуатационный
период спутника составляет 12-14 лет.
Система Thuraya была основана в январе 1997 года в Объединенных Арабских Эмиратах. На сегодняшний день основными акционерами проекта являются крупнейшие телекоммуникационные
компании стран Ближнего Востока и инвестиционные компании.
Система Thuraya, общей стоимостью около 1 млрд долл., была
создана компанией Boeing Satellite Systems (бывшая Hughes Space and
Communications International, Inc.). Контракт включает в себя производство двух геостационарных спутников, запуск первого спутника,
производство и пуск наземного сетевого оборудования, производство
около 250 тыс. трубок стандарта спутник/GSM/GPS и страхование
проекта.
108
В июле 2001 года Thuraya официально начала коммерческую
эксплуатацию системы. Спутник Thuraya-1 технически способен предоставлять услуги мобильной спутниковой связи 2 млн абонентам.
Спутник поддерживает до 13 500 одновременных телефонных соединений. Эксплуатационный период спутника составляет 12-14 лет. По
данным компании, количество активных абонентов на конец второго
квартала 2002 года составило более сорока тысяч.
Пользовательский сегмент компании представлен также приставками для использования внутри помещения и автомобиля, таксофоном, терминалом для использования на судне, автоответчиком.
Дополнительно устанавливаемое программное обеспечение позволяет абонентам использовать мобильный аппарат Thuraya в качестве
устройства для выхода в сеть Internet и обеспечивает прием и отправку электронных сообщений.
2.2. Глобальные навигационные сети
Инициаторами разработки и реализации системы GPS (Global
Positioning System - система глобального позиционирования) были
военные. Проект спутниковой сети для определения координат в режиме реального времени в любой точке земного шара был назван
Navstar (Navigation system with timing and ranging – навигационная
система определения времени и дальности), тогда как аббревиатура
GPS появилась позднее, когда система стала использоваться не только в оборонных, но и в гражданских целях.
Первые мероприятия по развертыванию навигационной сети
были проведены в середине семидесятых годов двадцатого века.
Коммерческая эксплуатация системы в сегодняшнем виде началась с
109
1995 года. В настоящий момент в работе находятся 28 спутников,
равномерно распределенных по орбитам с высотой 20350 км (для
полнофункциональной работы достаточно 24 спутников) [14, 24, 25,
52, 80, 91].
Система глобального позиционирования (GPS или Global
Positioning System) является спутниковой и работает под управлением
Министерства обороны США. Система является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получения точных координат и
времени 24 часа в сутки.
Система NAVSTAR имеет 24 рабочих спутника с орбитальным
периодом в 12 часов на высоте примерно 20200 км от поверхности
Земли. В шести различных плоскостях, имеющих наклон к экватору в
55°, расположено по 4 спутника. Указанная высота необходима для
обеспечения стабильности орбитального движения спутников и
уменьшения фактора влияния сопротивления атмосферы.
Каждый спутник системы GPS непрерывно генерирует радиоволны двух частот – L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц. Мощность
передатчика составляет 50 и 8 Ватт соответственно. Навигационный
сигнал представляет собой фазовоманипулированный псевдослучайный код PRN (Pseudo Random Number code). PRN бывает двух типов:
первый, C/A-код (Coarse Acquisition code - грубый код) используется
в гражданских приемниках, второй Р-код (Precision code - точный
код), используется в военных целях, а также, иногда, для решения задач геодезии и картографии. Частота L1 модулируется как С/А, так и
Р-кодом, частота L2 существует только для передачи Р-кода. Кроме
описанных, существует еще и Y-код, представляющий собой зашифрованный Р-код (в военное время система шифровки может меняться). Дальнометрия основана на вычислении расстояния по временной
задержке распространения радиосигнала от спутника к приемнику.
110
Если знать время распространения радиосигнала, то пройденный им
путь легко вычислить, просто умножив время на скорость света.
Период повторения кода довольно велик (например, для P-кода
он равен 267 дням). Каждый GPS-приемник имеет собственный генератор, работающий на той же частоте и модулирующий сигнал по
тому же закону, что и генератор спутника. Таким образом, по времени задержки между одинаковыми участками кода, принятого со спутника и сгенерированного самостоятельно, можно вычислить время
распространения сигнала, а, следовательно, и расстояние до спутника.
Одной из основных технических сложностей описанного выше
метода является синхронизация часов на спутнике и в приемнике.
Даже мизерная по обычным меркам погрешность может привести к
огромной ошибке в определении расстояния. Каждый спутник несет
на борту высокоточные атомные часы. Понятно, что устанавливать
подобную штуку в каждый приемник невозможно. Поэтому для коррекции ошибок в определении координат из-за погрешностей часов,
встроенных в приемник, используется некоторая избыточность в данных, необходимых для однозначной привязки к местности. Кроме самих навигационных сигналов, спутник непрерывно передает разного
рода служебную информацию. Приемник получает, например, эфемериды (точные данные об орбите спутника), прогноз задержки распространения радиосигнала в ионосфере (так как скорость света меняется при прохождении разных слоев атмосферы), а также сведения
о работоспособности спутника (так называемых «альманах», содержащий обновляемые каждые 12,5 минут сведения о состоянии и орбитах всех спутников). Эти данные передаются со скоростью 50 бит/с
на частотах L1 или L2.
111
Приѐмники GPS могут вычислять положения с периодом менее
одной секунды и обеспечивают точность от дециметров до пяти метров при работе в дифференциальном режиме измерений. Приѐмники
различаются по весу, размеру, объѐму памяти для хранения данных и
количеству каналов, которые они используют для слежения за спутниками.
В то время как абонент неподвижен или перемещается, приѐмник получает сигналы с GPS спутников и затем вычисляет координаты своего местоположения. Результаты вычислений отображаются в
виде координат на дисплее приѐмника. GPS приѐмники вычисляют
также скорость и направление движения, позволяя решать навигационные задачи.
Увеличивают точность собираемых GPS данных с помощью
дифференциальной коррекции. В этом случае используется приемник, расположенный в точке с известными координатами (базовая
станция), а второй приѐмник собирает данные в точках с неизвестными координатами (передвижной приѐмник). Данные, полученные в
точке с известными координатами, используются для определения
ошибок, содержащихся в спутниковом сигнале. Затем информация с
базовой станции совместно обрабатывается с данными передвижного
приѐмника, вместе с учѐтом ошибок, содержащихся в спутниковом
сигнале, что позволяет устранить ошибки в координатах, полученных
на передвижном приѐмнике. Необходимо знать координаты базовой
станции как можно точнее, так как точность, получаемая в результате
дифференциальной коррекции, напрямую зависит от точности координат базовой станции. Существует два метода выполнения дифференциальной коррекции: в реальном времени и в постобработке. При
работе методом дифференциального GPS в реальном времени базовая
станция вычисляет и передаѐт (посредством радиосвязи) ошибки для
112
каждого спутника, в то время как он собирает данные. Эти коррекции, принимаемые передвижным приѐмником, используются для
уточнения определяемого местоположения. В результате мы можем
видеть на экране приѐмника дифференциально скорректированные
координаты.
Накопители данных (контроллеры) – это портативные компьютеры, работающие под управлением специального программного
обеспечения, предназначенного для сбора данных. Некоторые контроллеры записывают дополнительную информацию (например, атрибуты объектов) вместе с координатами, а другие сохраняют только
координаты. Программное обеспечение выполняет контроль над установками GPS приѐмника, наиболее важными из которых являются
интервал измерений и количество хранимых GPS данных.
Накопители данных различаются по размерам, весу и типу записываемых данных, возможностям выдерживать неблагоприятные
условия окружающей среды и количеству информации, которую
можно записать на них. Некоторые накопители данных должны быть
соединены с отдельным GPS приѐмником, а другие интегрированы с
приѐмниками в одном корпусе.
Каждая картографическая система, использующая GPS, поставляется с программным обеспечением для обработки. После возвращения с полевых работ можно выгрузить координаты и вспомогательную информацию с вашего накопителя данных на компьютер.
После этого программа позволяет повысить точность данных, используя специальный метод обработки данных, называемый дифференциальная коррекция. Программное обеспечение выполняет визуализацию GPS данных. Некоторые программы позволяют осуществлять редактирование данных, так что можно манипулировать, уравнивать и удалять координаты и атрибуты данных. Некоторые про-
113
граммы обеспечивают возможность вывода полученных материалов
на печать (плоттер, принтер и т. д.). Программное обеспечение различается по количеству возможностей редактирования и экспорта данных.
Системы GPS помогают при сборе информации о географических объектах и атрибутивной информации для ввода в ГИС или другие базы данных. Программное обеспечение обработки GPS данных
экспортирует ваши результаты в ГИС программы, где они могут быть
объединены с информацией из других источников для дальнейшей
обработки и анализа.
Один из самых крупных производителей навигационного оборудования Trimble Navigation Limited предлагает широкий спектр
продуктов, разработанных специально для картографирования и ГИС
приложений. Эти системы позволяют быстро и точно собирать данные для создания и обновления географических баз данных. Картографические продукты включают в себя GPS приѐмники, накопители
данных, и программное обеспечение.
Картографические системы Trimble используются в различных
областях. С помощью них можно создавать и обновлять базы данных
ГИС для различных дисциплин. В частности, они нашли широкое
применение в сфере природных ресурсов, развития инфраструктуры
и контроля городского хозяйства, сельском хозяйстве и социальных
науках. Координаты текущего местоположения, время и дополнительную информацию можно собирать, двигаясь по суше, воде и воздуху над объектом.
Приложения в сфере городского хозяйства картографических
систем Trimble включают в себя контроль транспортных потоков и
инфраструктуры коммунального хозяйства. Улицы и проспекты могут быть оцифрованы при перемещении по этим объектам с одновре-
114
менной записью GPS координат. Состояние дорог – например, опасные участки, требующие ремонта, вводятся в виде дополнительной
информации для последующего использования в программах инвентаризации и ГИС.
Крайне эффективен GPS при съѐмке канализационных, газовых и водных трубопроводах, а также электрических и телефонных
линий. Такие объекты, как крышки колодцев и пожарные гидранты,
картографируются в качестве точки с соответствующей атрибутивной
информацией.
Аварийные машины и ремонтные бригады могут использовать
GPS для навигации непосредственно к месту аварии коммуникаций.
Время их прибытия и отправления точно регистрируется, вместе с их
комментариями и планом выполнения сервисных работ.
Кроме того, с помощью GPS можно выполнять съѐмку земельных участков, участков проведения строительных работ, объектов
улиц и заводов, расположенных в черте города [99, 109, 110].
Картографические GPS системы можно использовать в любых
приложениях, требующих точной временной привязки и другой атрибутивной информации. Конечный результат не ограничивается выводом на карту. Положения объектов и маркеры времени могут быть
также переданы в программные пакеты, которым необходима информация для всевозможного моделирования, например создания цифровых моделей местности.
Навигационные возможности систем могут оказать неоценимую помощь в поиске и спасении людей, в работе милиции, пожарных, и других экстренных служб.
115
2.3. Информация в управлении автотранспортным
предприятием
Для информационного обеспечения управления АТП большое
значение имеет технико-экономическая информация [7, 57, 71, 85-87,
109]. Она отображает ход и существо процессов в различных подсистемах производственной системы и, в свою очередь, может быть подразделена на различные подвиды.
По направлению движения информация делится на исходную и
управляющую. Исходная информация всегда направлена от объекта к
системе управления, от системы управления низшего к системе
управления более высокого уровня. Управляющая информация движется в противоположном направлении.
Информация в зависимости от источников поступления делится на внешнюю и внутреннюю. Внешняя информация является результатом внешнего воздействия на систему управления. Она состоит
из директивных указаний, плановых заданий, заявок клиентов на перевозки и т. д.
Внутренняя информация отражает ход производства на предприятии, выполнение плановых заданий, работу служб, цехов, участков, отдельных автомобилей.
По отношению к информационной системе объекта управления
информацию делят на входную, выходную, промежуточную.
Входная информация в зависимости от места своего возникновения может быть внешней и внутренней. В автоматизированной системе управления транспортом наибольший удельный вес имеет внутренняя входная информация, т. е. данные, поступающие в систему из
автотранспортных предприятий и отделов транспортного управления.
Внешняя входная информация поступает из республиканских объе-
116
динений, министерства и других организаций, с которыми имеет
связь транспортное управление.
Выходную информацию в зависимости от места ее использования делят на внутреннюю и внешнюю. Все данные, полученные в результате решения каких-либо задач и используемые подразделениями
транспортного управления, образуют внутреннюю выходную информацию. Результаты решения задач, поступающие из автоматизированной системы управления в другие организации (в министерство, к
клиентам и т. п.), являются внешней выходной информацией.
Промежуточная информация возникает на отдельных этапах
обработки данных, как результат предыдущего расчета, который используется для последующего.
В зависимости от степени преобразования различают первичную и производную информацию. Первичная информация возникает
в низовых звеньях в результате регистрации фактов производственнофинансовой деятельности объекта управления в виде различных документов. Производная информация получается от переработки первичной информации и наиболее подготовлена к использованию –
принятию управленческих решений.
Особенностью первичной информации является то, что одни и
те же данные многократно используются для получения различной
производной информации в результате их перегруппировки или выборки. В соответствии со степенью стабильности (постоянства) данных, т. е. времени, в течение которого они сохраняют свое значение,
информацию делят на постоянную и переменную.
Постоянная информация остается неизменной в течение длительного периода и многократно используется при решении задач.
Такой информацией являются, например, различные нормативы.
117
К переменной относят информацию, которая сохраняет свое
значение в течение короткого периода времени. Нередко она используется только 1 раз. Примером переменной информации могут служить данные о выпуске автомобилей на линию, а также заявки на перевозки, используемые при сменно-суточном планировании работы
автомобилей.
По функциональному назначению информацию делят на нормативную, справочную, плановую и отчетную.
Нормативная информация – это различные нормы, нормативы,
например нормы межремонтных пробегов автомобилей, расхода запасных частей и топлива, расценки оплаты труда водителей, нормативы образования фондов материального стимулирования и др. Справочная информация состоит из различных справочников, ценников,
прейскурантов и т. п.
Хозяйственный учет является источником информации о работе отдельных звеньев и сфер деятельности производственной системы.
Оперативный учет предназначен для обеспечения повседневных информационных потребностей органа управления, контроля
работы отдельных звеньев и осуществления отдельных хозяйственных операций. Благодаря оперативному учету в хозяйственной деятельности контролируются выполнение планов и графиков, загрузка
и использование подвижного состава и оборудования, использование
рабочего времени, выполнение норм выработки, обеспеченность материальными и трудовыми ресурсами, выполнение договоров поставки материалов, реализации прибыли и т. д.
Приемы и технические средства оперативно-технического учета очень разнообразны и зависят от технологии и организации производства на данном предприятии. В настоящее время применяют раз-
118
личные измеряющие и регистрирующие приборы и устройства для
получения исходной информации.
Оперативный учет организуется под руководством соответствующих служб предприятия. Например, отдел эксплуатации руководит оперативным учетом перевозок, органы снабжения организуют
учет выполнения договоров поставок материалов поставщиками,
обеспеченности АТП материальными ресурсами, отдел кадров – учет
движения работников в каждом звене предприятия.
Статистический учет применяют при изучении массовых, качественно однородных социально-экономических явлений. Статистика
дает обобщенную характеристику этим явлениям, выражает закономерность их развития. Для этой цели используют особые методы сбора и обработки первичных данных: статистическое наблюдение
(сплошное или выборочное), сводку и группировку данных статистического наблюдения, исчисление средних величин, динамические ряды и т. д.
Статистические данные получают и обрабатывают разные отделы предприятий – плановый, финансовый, кадров и т. д.
Бухгалтерский учет на предприятиях является основным видом
учета. Он охватывает производственную и хозяйственную деятельность предприятий, объединений, связанную с движением хозяйственных средств. Бухгалтерскому учету присущи следующие особенности: документальная обоснованность, непрерывность, сплошной
охват хозяйственных операций и стоимостное обобщенное их выражение. Все, что отражается в бухгалтерском учете, должно быть
оформлено соответствующей документацией и подвергнуто денежной оценке. Подлежащие учету хозяйственные операции отражаются
в нем, как правило, в том порядке, в каком они совершаются.
119
Для сбора, регистрации и обработки данных в бухгалтерском
учете используют первичную документацию, инвентаризацию, оценку, калькуляцию, группировку первичных данных в системе счетов,
двойную запись хозяйственных операций, баланс и отчетность.
Отчетность – это совокупность сведений о результатах и условиях работы предприятий за истекшее время, периодически представляемых в органы государственного управления. Отчетность состоит из форм, содержащих важные экономические показатели работы предприятия – выполнение плана производства, прибыли, рентабельности, характеристику состояния и использования основных и
оборотных фондов, фондов экономического стимулирования и т. д.
Значение отчетности состоит в том, что она служит источником
информации о ходе и результатах выполнения плана, орудием оперативного руководства деятельностью предприятия. Отчетность не просто дает возможность контролировать выполнение плана, но позволяет устанавливать причины отклонений, анализировать их и выявлять
резервы для дальнейшего развития производства. Поэтому отчетность является источником информации экономического анализа результатов хозяйственной деятельности.
Учетная и отчетная информации составляют базу для выработки плановой информации.
К плановой информации относятся плановые данные по всем
показателям деятельности предприятий и организации транспортных
управлений. Она подразделяется на нормативно-плановую и плановоаналитическую.
Нормативно-плановая информация – это совокупность показателей деятельности республиканских объединений, транспортных
управлений и предприятий. Эти показатели разрабатываются плановыми органами соответствующих органов управления и утверждают-
120
ся в виде показателей техтрансфинплана. Нормативно-плановая информация утверждается приказом руководства организации и является директивной, т. е. обязательной для исполнения всеми организациями, подведомственными данному органу управления. Показатели,
утвержденные в техтрансфинплане, являются показателями целевого
назначения и характеризуют уровень развития, достигнутый данной
организацией.
Планово-аналитическая информация возникает на стыке нормативно-плановой и учетно-отчетной информации. Она является
промежуточным звеном в процессе выработки очередных показателей на основе данных оперативного, статистического и бухгалтерского учета. Значение планово-аналитической информации возрастает по
мере усложнения объекта управления и характера принимаемых решений.
Системой называется некоторый объект, состоящий из отдельных элементов, между которыми установлены упорядоченные связи.
Этот объект обычно находится в некоторой среде. Между объектом и
средой происходит обмен материей, энергией и информацией. Для
любой системы характерны определенное внутреннее строение,
внутренняя структура, своя среда и особые способы взаимодействия с
ней. В соответствии с этим выделяют системы механические, биологические,
социальные,
экономические,
производственнохозяйственные и т. д. Несмотря на качественные различия, все эти
системы имеют и ряд общих свойств. Одним из таких свойств является наличие подсистем.
Подсистемой называют такую часть системы, которая, будучи
составной ее частью, в свою очередь, является системой. Например,
компьютер, являясь системой, состоит из отдельных частей. Среди
них можно выделить такие части, как материнская плата, жесткий
121
диск, блок питания. Очевидно, что каждая из них представляет собой
относительно самостоятельную систему, которая выполняет определенные функции. Многие системы в действительности являются подсистемами в других, более сложных системах. Так, например, автомобильный транспорт может рассматриваться как подсистема транспортной системы, в состав которой входят также железнодорожный,
трубопроводный, водный, воздушный и др. Если делить систему на
подсистемы, то в конечном итоге обнаружим такие еѐ части, которые
далее делить нецелесообразно. Такие неделимые с точки зрения практической целесообразности части системы называются элементами.
Каждая система имеет свой определенный набор элементов.
Соединение элементов в определенном порядке позволяет воссоздать
эту систему. Автотранспортное предприятие также является системой, но не технической, а производственно-хозяйственной.
Как правило, такие системы состоят из четырех основных элементов [78].
Производственный коллектив является важнейшей подсистемой любой производственно-хозяйственной системы. В конечном
итоге именно коллектив выполняет производственно-хозяйственную
деятельность. Его важнейшими особенностями являются способность
проявлять в этой деятельности инициативу. Управление производственными коллективами на автомобильном транспорте имеет свою
специфику. Это высокая степень самостоятельности водителя, повышенная, по сравнению с другими отраслями, потребность в трудовых
ресурсах, необходимость создания специальных условий для работы
водителей на линии. Водитель работает в отрыве от коллектива и вынужден самостоятельно принимать решения. Поэтому в управлении
производственными коллективами автотранспортных предприятий
122
особое внимание необходимо уделять межличностным отношениям и
организации воспитательной работы.
Повышенная потребность в трудовых ресурсах связана с тем,
что автомобильный транспорт обеспечивает больший объем перевозок, используя при этом транспортные средства – меньшей грузоподъемности, чем другие виды транспорта.
Необходимость создания специальных условий для работыводителей на линии проявляется в требованиях к обустройству автомобильных дорог необходимыми сооружениями (кемпингами, мотелями, столовыми и кафе, пунктами медицинской помощи и т. д.).
Материально-техническая подсистема в основном состоит из
средств и предметов труда. К средствам труда относятся машины, регулирующие приборы, транспортные средства, инструменты. Развитие вычислительной техники позволило отнести к средствам труда
системы управляющих машин и электронно-вычислительную технику.
При управлении этой подсистемой необходимо учитывать характеристики подвижного состава, проходимость, маневренность,
степень универсальности, зависимость от факторов внешней среды,
возможность технологического использования автомобилей.
Высокая проходимость позволяет автомобилям передвигаться
по любым дорогам: в пустынях, в горной местности, в лесах и болотах. Это делает автомобиль незаменимым при прокладке магистральных трубопроводов, железных и автомобильных дорог, строительстве
объектов в удаленной местности, на сельскохозяйственных перевозках, лесоразработках, в карьерах и т. д. В каждом случае возникает
определенная специфика в управлении перевозками.
Маневренность автомобиля способствует доставке грузов по
принципу «от двери до двери». Преимуществом автомобильных пе-
123
ревозок является малая доля перевалочных операций грузов по сравнению с перевозками другими видами транспорта. При перевозках на
небольшие расстояния автомобиль обеспечивает более быструю доставку груза.
Универсальность позволяет перевозить на автомобилях любые
грузы, в любом направлении и количествах. Качественные и количественные характеристики грузов, условия их перевозки и сохранности определяют требования к конструкции кузовов. Наличие автомобилей со специализированными кузовами создает дополнительные
проблемы в управлении перевозками, так как возрастает число факторов, учитываемых при принятии решений.
Зависимость эффективной работы автомобиля от обеспеченности автомобильными дорогами и наличия топливозаправочных станций, пунктов технического обслуживания требует учитывать эти факторы при выборе рациональных маршрутов, организации ТО и ремонта.
Повышенная опасность автомобиля для социальной среды проявляется в дорожно-транспортных происшествиях и в загрязнении
окружающей среды отработанными газами. Устранение и предупреждение этих нежелательных последствий требуют создания специальных контрольных звеньев в аппарате управления автомобильным
транспортом и в системе специальных органов управления (например, ГИБДД и др.).
Возможности технологического использования автомобиля
связаны с тем, что он является звеном технологического процесса во
многих отраслях, в том числе в промышленности, сельском хозяйстве, сфере обслуживания и др. Более 70 % общего объема автомобильных перевозок составляют технологические перевозки. Это приводит
124
к усложнению организационной структуры управления автомобильным транспортом.
В финансово-экономической подсистеме важнейшими элементами являются основные и оборотные средства, фонды заработной
платы и экономического стимулирования свободные денежные средства, кредиты, ссуды и т. д.
Особенностями управления финансово-экономической подсистемой автомобильного транспорта являются сложность хозяйственного механизма, множественность факторов, специфика показателей.
Сложность хозяйственного механизма автомобильного транспорта определяется повышенной оперативностью процессов принятия решений, что требует учета большого количества факторов. При
подготовке управленческих решений необходимо знать особенности
экономического анализа на автомобильном транспорте.
Множественность факторов, учитываемых при выработке
управленческих решений, определяется многообразием видов деятельности на автомобильном транспорте. Помимо основной деятельности по организации перевозок, в отрасли осуществляется руководство промышленными предприятиями, учебными заведениями, ведется строительство и научно-исследовательские работы. Кроме того,
на работу автомобильного транспорта большое влияние оказывают
факторы внешнего характера – дорожные и климатические условия,
географическое положение и др.
Специфика показателей, по которым ведутся учет и анализ работы автомобильного транспорта, требует от руководителей и специалистов особых знаний и навыков. Специализированные отчетные
формы заполняются предприятиями и организациями автомобильного транспорта в сфере бухгалтерского и статистического учета. Много особенностей имеется в первичной документации (путевых листах,
125
товарно-транспортных накладных). Показатели, предназначенные для
отражения работы подвижного состава, отличаются от показателей в
других отраслях.
Информационная подсистема формируется из потоков информации, обеспечивающей процессы управления на предприятии. Потоки информации могут возникать целенаправленно или самопроизвольно, быть регламентированными или нерегламентированными,
внутренними и внешними для предприятия и т. д. Основным элементом этой подсистемы является информация, которая существует на
предприятии в различных формах (приказы и распоряжения, потоки
учетной и отчетной информации, методики, инструкции, технологические карты, путевые листы и товарно-транспортные накладные).
Без четко налаженных потоков информации процессы производства и
управления оказываются невозможными. Управление информационной подсистемой на автомобильном транспорте также имеет ряд особенностей. При организации информационного обеспечения принимаемых решений необходимо учитывать растянутость и множественность коммуникаций, высокую оперативность обработки информации
и ряд других факторов.
Множественность коммуникаций определяется большим количеством предприятий автомобильного транспорта.
В услугах автомобильного транспорта нуждаются все, поэтому
практически в каждом городе и районе приходится организовывать
предприятия различного назначения. Чтобы повысить оперативность
и качество управления, необходимо создать надежное техническое
обеспечение, в том числе сеть электронно-вычислительных машин.
Высокая оперативность обработки информации также является
характерной особенностью информационной подсистемы автомо-
126
бильного транспорта. Гибкость и оперативность в принятии решений
требуют гибкости и оперативности информационного обеспечения.
Назначение и функции каждого элемента производственной
системы определяется общими целями производственной системы,
задачами социального развития коллектива, особенностями техники и
технологии, применяемой в процессах производства и управления.
Разделение процессов производства и управления привело к выделению в производственной системе управляемой и управляющей подсистем. Управляющая подсистема управляющими воздействиями
(командами, сигналами, инструкциями, технологическими картами и
прочей информацией) выполняет организационно-экономическое
управление управляемой подсистемой (объектом). Управляемая подсистема (объект) непосредственно осуществляет производственный
процесс на основе распорядительной информации, поступающей к
ней из управляющей подсистемы по линиям отдачи распоряжений.
Информация о ходе производственных процессов, возникающих отклонениях и помехах по каналам обратной связи, поступает в управляющую подсистему, где принимаются необходимые решения и разрабатываются корректирующие воздействия.
Под обратной связью в системах управления понимается такая
информационная связь, которая обеспечивает поступление информации от управляемой подсистемы к управляющей. Обратная связь может осуществляться через данные бухгалтерской, статистической и
оперативной отчетности в форме устных и письменных отчетов и
докладов исполнителей и т. д. Например, обратная связь, позволяющая контролировать работу автомобиля на линии, может быть осуществлена через товарно-транспортную документацию, а также при непосредственном контроле за работой автомобиля начальником колонны, диспетчером, органами ГИБДД, контрольно-ревизорской
127
службой через систему специальных датчиков, информирующих диспетчера о положении транспортного средства на линии при помощи
радиосвязи, телевизионной аппаратуры, тахометра и других устройств.
В управляемой подсистеме могут образовываться специализированные подсистемы. Известны, например, подсистема автомобиль
– водитель – дорога – среда, подсистемы технической службы, складского хозяйства, а также другие специализированные подсистемы.
В управляющей подсистеме также выделяются подсистемы,
которые, как правило, совпадают с подразделениями существующей
организационной структуры, например бухгалтерия, плановый отдел,
отдел эксплуатации и т. д. Каждая из таких подсистем выполняет одну или несколько управленческих функций.
Процесс управления предприятиями и организациями – это непрерывная цепь управленческих решений и осуществляемых на их
основе управляющих воздействий. Решения принимают руководители. В зависимости от должности руководителя и его роли в производственной системе решения могут иметь различные объем и содержание. Руководители предприятий и организаций (например, начальник
АТП) принимают решения, охватывающие все проблемы организации в целом. Руководители производственных подразделений (например, начальники колонн) решают вопросы, относящиеся к сфере
их деятельности. Руководители функциональных отделов и служб
принимают решения, касающиеся соответствующей функции управления. Например, главный бухгалтер не может принимать решения в
целом по предприятию, но он решает вопросы, связанные с организацией учета и контроля, и может воздействовать на решения руководителей, противоречащие установленным законам и правилам.
128
Управленческие решения различны по своему характеру. Это
связано с многообразием и сложностью проблем, которые решают
руководители при управлении. Из всей совокупности можно выделить три основные группы решений: о целях, о путях достижения целей и организационные. Эти три группы решений охватывают большинство проблем, возникающих в организации.
Решения о целях определяют направления деятельности производственной системы на длительный срок.
Решения о путях достижения целей направлены на определение
важнейших условий, которые обеспечивают выполнение поставленных целей.
Значительную долю среди организационных решений занимают корректирующие решения, направленные на устранение отклонений от запланированного хода производственных процессов. Причины возникновения таких отклонений могут быть самыми различными. Например, на выполнение плана перевозок значительное воздействие могут оказать неблагоприятные погодные условия. В задачу
руководителя предприятия входят своевременное обнаружение отклонений в работе производственной системы, выявление их причин
и выполнение необходимых управляющих воздействий, устраняющих причины неблагоприятных отклонений.
129
ГЛАВА 3. Информационные системы
управления автотранспортным
предприятием
3.1. Структура и задачи автотранспортного
предприятия
Базовые управленческие технологии заключаются в эффективном управлении работами автотранспортного предприятия
(АТП) при ограничениях на использование ресурсов. Управление
АТП включает в себя решение следующих задач: разработка планов выполнения работ, в том числе их структурной декомпозиции и
формирования сетевых графиков; расчет и оптимизация календарных планов с учетом ограничений на ресурсы; планирование потребностей предприятий в ресурсах; отслеживание хода выполнения работ и сравнение текущего состояния с исходным планом;
формирование управленческих решений, связанных с воздействием
на процесс или с корректировкой планов; формирование различных
отчетных документов и т. д.
Предприятия и организации, пользующиеся автотранспортом, используют для этого одну из двух существующих организационных форм. Первая – это аренда автомобилей у специализированных автотранспортных организаций: автопредприятия, автобазы, автокомбинаты. Вторая – использование собственного автотранспорта. В обоих случаях возникают вопросы организации автопарка, управления и контроля перевозок, работы водителей, эксплуатации техники и другие [8, 31, 32, 37-41, 54, 56, 51, 119].
130
Главной задачей АТП является удовлетворение потребностей населения в автомобильных перевозках грузов и пассажиров,
обеспечение сохранности и своевременной доставки к месту назначения. В настоящее время ИП АТП позволяет, наряду с расчетными
операциями, осуществлять комплексное информационное обслуживание всех участников процесса автомобильных перевозок грузов и пассажиров, а также внутренних служб перевозчика. Одной
из задач ИП АТП является автоматизация документооборота в процессе выполнения перевозочной деятельности. Для этого используются средства коммуникации, вычислительной техники, а также
программного обеспечения (ПО). В состав ПО обычно входят АРМ
участников перевозок (диспетчера, бухгалтера, таксировщика,
учетчика горючего и других производственных структур перевозчика, грузоотправителя, грузополучателя). В этом случае все операции по планированию работы подвижного состава (ПС), выписке
и заполнению путевых листов, обработке транспортных накладных,
включая оформление платежных поручений в банк, осуществляются на ПК с использованием локального или распределенного банка
справочно-информационных данных перевозчика и обслуживаемой
клиентуры [31, 37, 54, 67, 120]. В среднем время автоматизированной обработки документов в АТП составляет 2-3 ч вместо нескольких рабочих дней при ручной обработке. Предъявление платежных
поручений в банк и счетов заказчикам за выполненную транспортную работу производится на следующие сутки. Преимуществом
использования ИП АТП также является надежная архивация и хранение документов в базе данных, что для перевозчика делает информационную систему первичного учета более открытой, позволяющей на основе накопленной информации развивать современный менеджмент, расширять сферу информационного взаимодействия с клиентурой и партнерами по перевозке.
131
Отдел кадров
Бухгалтерия
Главный
бухгалтер
Бухгалтеры
Планово-экономический отдел
Экономисты
Главный
экономист
Техник
ГСМ
Водители
Диспетчеры
Механики
Кладовщики
Зам. директора по
эксплуатации
Зав. гаражом
Технический отдел
Ремонтные
рабочие
Старший
диспетчер
Мастера зоны
ТО и ТР
Зав. складом
Генеральный директор
Эксплуатационный отдел
Начальник
ремонтной
службы
Главный инженер
Начальник
отдела
снабжения
Начальник
АХО
Охрана
Производственный цех
Рабочие
Производственные
мастера
Начальник
цеха
Рекламно-коммерческий отдел
Менеджеры
Зав. рекламнокоммерческой
службой
Рис. 4.1. Схема структуры управления АТП с мелкосерийным
производством
132
Рассмотрим типовую организационную структуру АТП
(рис. 4.1).
Предприятие возглавляет генеральный директор. Он организует работу коллектива предприятия, несет полную ответственность за состояние предприятия и его деятельность.
Научная организация транспортного процесса и эффективное
использование транспортных средств зависят, прежде всего, от совершенства работы эксплуатационной службы, степени подготовленности ее кадров и оснащенности необходимыми вычислительными и другими техническими средствами.
Техническая служба АТП уделяет главное внимание вопросам поддержания транспортных средств в технически исправном
состоянии и обеспечения развития производственной базы, а также
осуществляет руководство материально-техническим снабжением
предприятия.
Производственный цех на АТП занимается мелкосерийным
производством запасных частей как для обслуживания нужд самого
АТП, так и на заказ для других предприятий.
Для нормальной и бесперебойной работы АТП требуется его
постоянное обеспечение транспортными средствами, топливом, запасными частями и др. Для этого необходимо иметь постоянные
договора с поставщиками. Необходимо быть уверенными, что поставщик обеспечит АТП необходимыми поставками.
Генеральный директор имеет право распоряжаться средствами и имуществом предприятия, заключать договоры, открывать
счета и распоряжаться ими, издавать приказы по предприятию,
принимать и увольнять работников, применять к ним меры поощрения и налагать взыскания.
133
Вместе с тем генеральный директор отвечает за правильное и
эффективное использование материальных и трудовых ресурсов
предприятия, улучшение условий и охрану труда.
Эксплуатационная служба АТП организует свою работу на
основе плана пассажирских перевозок. Она изыскивает возможности для наиболее рационального осуществления этих перевозок с
наименьшими затратами. На АТП служба эксплуатации на основе
всестороннего изучения потребностей призвана обеспечить более
полное удовлетворение нужд населения в таксомоторных перевозках.
Для выполнения задач снабжения, ремонта подвижного состава в ведении технической службы, возглавляемой главным инженером, есть мастерские, в составе которых имеются производственные участки и бригады по ТО и ремонту подвижного состава.
Главными задачами технической службы предприятия являются:
организация надлежащего хранения подвижного состава,
обеспечивающего высокую техническую готовность его к
работе, своевременность выпуска автомобилей на линию и
прием их (гаражная служба);
разработка и решение вопросов, связанных с укреплением
производственно-технической базы предприятия (главный
инженер);
оперативное планирование всех видов ТО и ремонта автомобилей и автомобильных шин, организация выполнения
этих работ и контроля их качества, проведение технического учета и отчетности по подвижному составу, автомобильным шинам и другим производственным фондам (начальник ремонтной службы);
руководство всей совокупностью работ по обеспечению
нормального материально-технического снабжения пред-
134
приятия, организации хранения, выдачи и учета топлива,
запасных частей и других материальных ресурсов, разработка и осуществление мероприятий по более рациональному их использованию (отдел снабжения);
разработка и проведение организационно-технических мероприятий по совершенствованию процессов производства, внедрению новой техники, охране труда и предупреждению аварийности.
Экономическая служба разрабатывает технические и организационные мероприятия, направленные на повышение технической
готовности подвижного состава и совершенствование эксплуатационной и коммерческой деятельности АТП. Она систематически
анализирует работу предприятия, автоколонн и других подразделений, исходя из объемных показателей перевозок и их ресурсного
обеспечения. В состав экономической службы входит бухгалтерия.
Этот отдел во главе с главным бухгалтером проводит учет наличия
средств, выделенных в распоряжение АТП, их сохранности и уровня использования, организует выполнение финансового плана, проверяет финансовое состояние предприятия, проводит большую
оперативную работу по организации расчетов с клиентурой, поставщиками и финансовыми органами, организует первичный учет
расходования материальных ресурсов и денежных средств. Главный бухгалтер несет ответственность за целесообразность и законность расходования средств и соблюдение финансовой дисциплины.
На АТП экономическую службу возглавляет главный экономист – заместитель директора. Он руководит работой плановоэкономического отдела, а также осуществляет методическое руководство бухгалтерией (в области организации учета и совершенст-
135
вования первичной документации), которая подчиняется непосредственно директору [78, 121].
Рекламно-коммерческая служба занимается разработкой концепции продвижения услуг и продукции АТП на рынок, исследованием спроса, позиций конкурентов. В ее функции также входит
управление отношениями с клиентами: ведет клиентскую базу,
проводит анализ потребностей клиентов и их согласование с потребностями АТП, тестирует и вводит в эксплуатацию новые услуги. Кроме того, рекламно-коммерческая служба составляет полную
картину состояния рынка услуг и продукции АТП и предоставляет
ее руководству для принятия решений.
3.2. Структура информационной системы
автотранспортного предприятия
Информационная система автотранспортного предприятия
(ИС АТП) – организационно-техническая система, реализующая
технологии обработки и распределения информации в АТП.
Информационная система АТП предусматривает аппаратное,
программное и другие виды обеспечения, а также соответствующий
персонал [79, 92-94, 122-129].
Под информационной системой также понимают автоматизированную систему, предназначенную для организации, хранения,
пополнения, поддержки и предоставления пользователям информации в соответствии с их запросами. Другими словами информационная система – это распределенная в пространстве система, состоящая из множества сосредоточенных (локальных) подсистем,
располагающих программно-аппаратными средствами реализации
информационных технологий, и множества средств, обеспечивающих соединение и взаимодействие этих подсистем с целью предос-
136
тавления территориально удаленным пользователям широкого набора услуг из сферы информационного обслуживания.
Целью ИС АТП является предоставление полной, достоверной и своевременной информации.
Информационные системы можно разделить на две основные
группы: системы информационного обеспечения и системы,
имеющие самостоятельное целевое назначение и область применения.
К числу ИС самостоятельного значения относятся информационно-поисковые (ИПС), информационно-справочные (ИСС) и
информационно-управляющие
системы.
Информационнопоисковые и информационно-справочные системы предназначены
для хранения и представления пользователю информации (данных,
фактографических записей, текстов, документов и т. п.) в соответствии с некоторыми формально задаваемыми характеристиками
[112, 114-116].
Для ИПС и ИСС характерны два этапа функционирования:
сбор и хранение информации;
поиск и предоставление информации пользователю.
Наиболее сложный процесс с точки зрения его реализации —
поиск информации, осуществляемый в соответствии со специально
издаваемым поисковым образом документа, текста и т.п. Для оценки смысловой релевантности вводятся критерии смыслового соответствия, а для оценки соответствия поисковых признаков (формальной релевантности) – критерии формального соответствия текстов, по которым осуществляется сравнение и определение соответствия найденных текстов запросам пользователей.
137
ИС клиента
ИС внешних организаций
Заказы
Счета
Рекламнокоммерческий
отдел
Отчетность перед
внешними контролирующими организациями
Бухгалтерия
Отчеты,
аналитика
Учет финансовых потоков
Эксплуатационный отдел
Группа оперативного планирования
(диспетчеры)
Планы перевозок
Руководство
Водители
Отдел
кадров
Кадровый
состав
АТП
Плановоэкономический
отдел
Экономическое
планирование
Путевые
листы
Автоматизированная система управления АТП
Технический отдел
Планы обслуживания техники
Зоны ТО и ТР
Учет компонентов
Склад
Объекты
охраны
Охрана
Рис. 4.2. Типовая информационная структура управления АТП
138
Процесс управления АТП не может осуществляться в настоящее время эффективно без использования современных ИП
АТП. Системы информационной поддержки могут представлять
собой информационную структуру, состоящую из интегрированных между собой систем информационного обмена и единой корпоративной базы данных.
Это обеспечивает взаимосвязь всех информационных потоков ИП АТП (рис. 4.2), функционирование АТП как единой системы в режиме реального времени, а также взаимодействие с информационными системами (ИС) клиентов и внешних организаций.
Рост промышленности в ХХ веке был связан с образованием
крупных объединений предприятий. Старые методы управления,
использующие бумажный документооборот, все хуже справлялись
с поставленными задачами. Достигнув предельной для «бумажных»
технологий скорости обмена и обработки информации, они тормозили развитие производства и уже не могли предоставить руководству полную картину происходящих процессов.
Ситуация менялась быстрее, чем на это успевал реагировать
«бумажный» документооборот. Кроме того, он не справлялся уже
со значительно возросшими задачами учета материальных и денежных средств.
С развитием вычислительной техники предпринимались попытки автоматизировать отдельные рутинные операции технического или экономического характера. Примером могут служить
многочисленные АСУ, направленные на автоматизацию изготовления традиционной бумажной документации, или конструкторские
САПР (CAD), заменявшие кульман экраном дисплея, технологические САПР (CAM), облегчавшие подготовку технологической документации, а также автоматизированные системы инженерных
расчетов (CAE).
139
Практика показала, что подобные решения не давали сколько-нибудь значительного экономического эффекта. Как правило,
эти решения реализовывались в различных языковых средах, с различным форматом данных, и чаще всего не предусматривали интеграции между собой [37-41].
В результате роста технологичности выпускаемой продукции
появилось понятие жизненного цикла (ЖЦ) изделия (это в полной
мере относится и к производству любой продукции и оказанию населению разнообразных услуг), включавшее в себя следующие основные стадии: проектирование, подготовка производства, производство и реализация, эксплуатация и утилизация. Одновременно
появилось необходимость взаимодействия коллективов, занимающихся изделием на различных стадиях его жизненного цикла. Такое взаимодействие не могло быть реализовано в условиях частичной автоматизации отдельных стадий. Естественным образом возникла идея об общей для всех базе данных изделия, что повлекло за
собой не только необходимость автоматизации всех стадий ЖЦ, но
и обеспечение взаимодействия программных продуктов, работающих на этих стадиях. В свою очередь, это вызвало к жизни концепцию стандартов, общих для всех стадий ЖЦ. Так возникла идея
информационной интеграции стадий ЖЦ продукции (изделия), которая и легла в основу CALS. Эта идея состоит в отказе от «бумажной среды», в которой осуществляется традиционный документооборот, и переход к интегрированной информационной среде
(ИИС), охватывающей все стадии ЖЦ изделия. Информационная
интеграция состоит в том, что все автоматизированные системы,
применяемые на различных стадиях ЖЦ, оперируют не с традиционными документами и даже не с их электронными отображениями
(например, отсканированными чертежами), а с формализованными
информационными моделями, описывающими изделие, технологии
140
его производства и использования – например, трехмерными моделями.
Обобщая сведения из различных источников, можно согласиться со следующим определением: CALS – концепция и идеология информационной поддержки ЖЦ продукции на всех его стадиях, основанная на использовании единого информационного пространства (интегрированной информационной среды), обеспечивающая единообразные способы взаимодействия всех участников
этого цикла: заказчиков продукции (включая государственные учреждения и ведомства), поставщиков (производителей) продукции,
эксплуатационного и ремонтного персонала, реализованная в форме международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.
В настоящее время CALS представляет собой серии международных стандартов ISO, которые изначально разрабатывались и
были приняты в США, а затем и в других странах: Великобритании, Германии, Швеции, Японии, Австралии и др.
3.3. Создание информационной системы
управления
В проектировании и внедрении информационной системы
управления (ИСУ) принимают участие работники разных специальностей: специалисты по ЭВМ и другим техническим средствам,
по автоматизированной обработке информации, математики и программисты, организаторы производства, экономисты, социальные
психологи, юристы и др.
Проектирование и этапы разработки ИСУ определяются
нормативными документами (ГОСТами, ОСТами, методическими
141
материалами), обязательными для исполнения работниками проектирующей организации.
В нашей стране в списке действующих ГОСТов по разработке автоматизированных систем следующие [78, 79]:
ГОСТ 34.003-90. Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Термины и
определения;
ГОСТ 34.201-89. Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем;
ГОСТ 34.601-90. Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания;
ГОСТ 34.602-89. Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Техническое
задание на создание автоматизированной системы.
Создание и внедрение ИСУ предусматривает следующие работы: предварительное обследование системы управления хозяйственной организацией (предпроектная стадия), разработку технического задания, технического проекта и рабочего проекта, а также
порядка внедрения ИСУ. На разработку программной документации действуют стандарты класса ЕСПД (ГОСТ 19.101-77. Единая
система программной документации. Общие положения и т. д.)
Предпроектная стадия создания ИСУ представляет собой
Формирование требований к ИСУ и заключается в глубоком обследовании и анализе системы управления хозяйственной организацией для выработки предложений по ее совершенствованию. Изучаются структура и функции органов управления автомобильным
транспортом, распределение прав, обязанностей и ответственности
142
персонала, положения об отделах, подразделениях и должностные
инструкции, документооборот и потоки информации, их содержание, система учета и отчетности, формы документов и другие сведения, отражающие административную и хозяйственную деятельность обследуемых организаций и их взаимосвязи. Анализ позволяет выявить источники и получателей информации, уровни управления, установить направления информационных потоков в структурных подразделениях и т. д.
Программа обследования включает следующие разделы:
предварительное ознакомление с подразделениями, их
штатным расписанием, личным составом, организационными структурами;
описание функций подразделений;
сбор документов, анализ их содержания, заполнение форм
обследования;
предварительная обработка полученных данных;
определение используемых технических средств и каналов
связи;
определение трудоемкости обработки информации;
алгоритмическое описание обработки данных, машинная
обработка материалов обследования;
анализ результатов, выработка рекомендаций по совершенствованию деятельности подразделений и системы
управления в целом.
Сбор документов и анализ их содержания разделяют на две
стадии. Первая стадия включает в себя качественный анализ документов, который позволяет установить перечень решаемых задач и
методы формирования документов, данные, которые необходимы
подразделениям обследуемой организации для работы. Вторая стадия – количественный анализ, определение объемов информации.
143
Анализ информации позволяет:
уточнить схему существующей административной и
функциональной структуры органов управления автомобильным транспортом и роль каждого подразделения в
комплексе решаемых задач;
построить схему информационных связей органов управления автомобильным транспортом между собой и внешними организациями;
выявить подразделения и внешние организации, с которыми взаимодействует обследуемое подразделение;
изучить процессы формирования и маршруты движения
документов;
составить перечень документации, поступающей и разрабатываемой в организации;
построить логическую схему поэтапной обработки данных;
выявить назначение форм документов, их количество и
периодичность составления.
При проектировании ИСУ может понадобиться изменить содержание и маршруты движения документов. Внутренние потоки
информации можно совершенствовать в процессе автоматизации
управления, а внешний документооборот менять только по согласованию с соответствующими организациями [97, 98, 101].
На основании данных обследования организация-заказчик
совместно с организациями-разработчиками составляет техническое задание на создание ИСУ, которое должно включать в себя:
основание на разработку ИСУ;
основные положения, характеризующие функционирование ИСУ (рекомендуемый порядок планирования и учета
производства, особенности производственных и информа-
144
ционных связей; состав функциональных подсистем предложения по улучшению существующей системы управления, и т.д.);
предварительный состав комплекса технических средств;
намеченный размер затрат на создание ИСУ и примерный
расчет экономической эффективности.
Проект технического задания рассматривается на заседании
научно-технического совета организации-заказчика при участии
организаций-разработчиков, согласовывается с головной организацией. На основе утвержденного технического задания создается эскизный проект, включающий в себя разработку предварительных
проектных решений по системе и ее частям, а также разработку документации на ИСУ и ее подсистемы.
Эскизный проект ИСУ разрабатывается на основе утвержденного технического задания. На стадии технического проектирования системы детально прорабатываются основы построения
ИСУ и все проектные решения, проводятся исследования и эксперименты для выявления эффективных проектных решений.
Технический проект ИСУ разрабатывают на основе утвержденного эскизного проекта. Технический проект включает в себя:
разработку проектных решений по системе и ее частям;
разработку документации на АС и ее части;
разработку и оформление документации на поставку изделий для комплектования АС и (или) технических требований (технических заданий) на их разработку;
разработку заданий на проектирование в смежных частях
проекта объекта автоматизации.
На стадии технического проектирования:
уточняют план мероприятий по подготовке объекта к внедрению;
145
сдают в промышленную эксплуатацию комплекс технических средств;
завершают формирование информационной базы на документах и магнитных носителях при помощи разработанного программного обеспечения;
проводят поэтапное внедрение отдельных задач и подсистем и поэтапную сдачу документации рабочего проекта.
Технический проект должен содержать следующие документы: ведомость документов, пояснительную записку, мероприятия
по подготовке объекта к внедрению, уточненный расчет экономической эффективности, программную документацию, технологические и должностные инструкции.
Программная документация ИСУ, включенная в технический
проект, содержит перечень и общее описание программ, области
возможного их применения, ограничения по применению. В программную документацию входят эталоны программ на магнитных
носителях, инструкции по эксплуатации программ, представляемые
в описательной и в табличной форме.
Значительную долю рабочего проектирования составляют
разработка и отладка программ. От правильной и четкой организации программирования зависят качество и сроки внедрения решаемых задач. Поэтому в процессе программирования в первую очередь необходимо определить последовательность и трудоемкость
этапов составления программ.
Основными этапами работы программистов являются подробный анализ постановки задачи и ее информационного обеспечения, анализ общесистемного математического обеспечения и определение на их основе возможности использования общесистемных
программ и блоков.
Системную отладку программ выполняют после проверки и
146
отладки отдельных рабочих программ. Для этой цели используют
реальные данные, вводят искажения для проверки способности
программ к обнаружению и исправлению сбоев. При системной отладке проверяют продолжительность решения задач на машине и
правильность формирования массивов информации, корректируют
постановку задач и другие документы технического проекта.
Даже хорошо проведенная отладка программ не гарантирует
от ошибок, которые могут выявиться при эксплуатации ИСУ. Поэтому на первых этапах опытной эксплуатации программ необходимо непосредственное участие программистов, их тесное взаимодействие с оператором.
Разработка технического проекта завершается созданием рабочей документации на систему и ее подсистемы.
Ввод в действие, или внедрение, ИСУ состоит из следующих
этапов:
подготовка объекта автоматизации к вводу АС в действие;
подготовка персонала;
комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программнотехническими комплексами, информационными изделиями);
строительно-монтажные работы;
пусконаладочные работы;
проведение предварительных испытаний;
проведение опытной эксплуатации;
проведение приемочных испытаний.
Внедрение ИСУ представляет собой процесс постепенного
перехода от существующей системы управления к новой, автоматизированной. Внедрение ИСУ осуществляется заказчиком при участии разработчика и организаций-соисполнителей по мере готовно-
147
сти технической документации и ввода в эксплуатацию технических средств, обеспечивающих решение задач. Процесс внедрения
ИСУ подразделяется на три основных этапа: подготовку объекта к
внедрению; опытную эксплуатацию задач и подсистем и сдачу их в
промышленную эксплуатацию; сдачу всей ИСУ государственной
приемочной комиссии.
Согласно планам мероприятий, разработанным на стадиях
технического и рабочего проектирования, организацию готовят к
внедрению ИСУ, т. е. выполняют монтаж и наладку технических
средств ИСУ, подготовку и обучение обслуживающего персонала,
отладку программ общесистемного математического обеспечения,
создание нормативно-информационной базы ИСУ, подготовку всего административного и оперативного персонала к работе в условиях ИСУ. Монтаж и наладку технических средств, предусмотренных
проектом ИСУ, осуществляют специализированные подрядные организации при участии заказчика.
К началу внедрения ИСУ должны быть: завершены подготовка и обучение обслуживающего персонала вычислительного
центра, а организационная структура вычислительного центра приведена в соответствие с утвержденными проектными решениями;
подготовлены специалисты по эксплуатации и обслуживанию комплекса технических средств, а также по сопровождению (функционированию) отдельных задач, комплексов, подсистем.
К началу опытной эксплуатации задач должно быть также завершено создание нормативно-информационной базы ИСУ на машинных носителях, улучшена структура информационных потоков,
информационного обслуживания подразделений аппарата управления. С работниками аппарата управления проводят инструктивные
совещания о порядке функционирования ИСУ, правилах заполнения входных оперативных документов.
148
Отдельные задачи и подсистемы вместе с соответствующими
техническими средствами внедряют по мере их готовности. Если
задачи или подсистемы связаны между собой, то в первую очередь
внедряют те из них, выходные данные которых являются исходными для решения других задач или функционирования подсистем.
Так, выходные данные подсистемы бухгалтерского учета используют в качестве исходных в подсистеме управления финансовой
деятельностью, поэтому в первую очередь следует внедрять задачи
подсистемы бухгалтерского учета.
Первым этапом внедрения ИСУ является опытная эксплуатация задач – проверка системы в реальных условиях, в сроки, обусловленные потребностями заказчика. На этом этапе разработчик
должен передать заказчику всю проектную документацию, включающую постановку задачи, проверенные на контрольном примере
программы и описания к ним, рабочие инструкции. Передача документации оформляется актом комиссии в составе представителей
функционального подразделения, вычислительного центра и организации-разработчика.
Чтобы обеспечить надежность и бесперебойность управления
во время опытной эксплуатации, автоматизируемые функции параллельно выполняют старыми методами. Если опытная эксплуатация задач (подсистем) прошла успешно, составляют акт о приеме
задачи, комплекса задач или подсистемы в промышленную эксплуатацию. После сдачи в промышленную эксплуатацию задач и
подсистем всю систему принимают в промышленную эксплуатацию.
В разработке ИСУ участвуют специалисты разного профиля
(постановщики задач – системотехники, программисты, эксплуатационники), поэтому для более четкой организации работ в соответствующих документах определяются функции каждой группы спе-
149
циалистов, содержание и результаты их работы. Выводы обследования, разработку алгоритмов, программ, характеристик входной и
выходной информации, макеты записей массивов, карты технологии обработки данных представляют в виде стандартных форм и
таблиц, что позволяет создать набор документов, одинаково понятных специалистам различного профиля, уменьшить количество
ошибок, пропусков, разночтений на всех этапах разработки.
Внедряет ИСУ организация-заказчик совместно с разработчиком. Разработчик только руководит и по результатам опытной
эксплуатации корректирует техническую документацию. Совместная работа разработчиков и заказчиков на всех этапах разработки
ИСУ положительно сказывается на качестве проектов. Знание разработчиком задач, решаемых организацией, а заказчиком требований ИСУ, тесное их взаимодействие при разработке проектов позволяют правильно выделить и определить очередность автоматизируемых функций и сократить время на их автоматизацию.
После внедрения ИСУ организация-разработчик обычно осуществляет ее сопровождение, включающее в себя выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами, а также послегарантийное обслуживание.
Успешное внедрение ИСУ в управление автотранспортом
повышает требования к профессиональной и психологической подготовленности аппарата управления и его заинтересованность в положительных результатах работы. Работники всех звеньев структуры автотранспортной ИСУ обучаются методам работы в условиях
функционирования автоматизированной системы управления на
стадии рабочего проектирования.
Основная цель внедрения ИСУ – повышение эффективности
производственно-хозяйственной деятельности автотранспортных
предприятий и организаций, которая выражается в увеличении объ-
150
емов и скоростей перевозок грузов и пассажиров, уменьшении потерь при перевозках грузов и снижении себестоимости перевозок.
Показателями экономической эффективности создания и
функционирования ИСУ считаются годовой прирост прибыли и
расчетный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (срок окупаемости). Доходы предприятия при внедрении ИСУ растут в результате ускорения оборачиваемости подвижного состава, увеличения объема грузовых и пассажирских перевозок, лучшего использования автомобилей. Расходы предприятия при внедрении ИСУ снижаются в результате уменьшения затрат на перевозки. На них оказывают влияние также рост производительности труда водителей, экономия топлива и других эксплуатационных материалов, уменьшение расхода запасных частей, ремонтных материалов и электроэнергии, устранение непроизводительных потерь, сокращение административно-управленческих
расходов в результате рациональной организации труда и управления. Годовой прирост прибыли в результате внедрения ИСУ – это
разность между суммой прибыли предприятия до и после внедрения ИСУ при прочих равных условиях. Внедрение автоматизированных систем управления позволяет не только получить дополнительную прибыль, но и требует единовременных затрат на ее разработку, приобретение необходимых технических средств, а также
затрат на ее функционирование [35, 36, 47, 49, 125].
151
3.4. Автотранспортные геоинформационные
системы
Геоинформационная система (ГИС) – это программноаппаратный комплекс, предназначенный для сбора, управления,
анализа и отображения пространственно распределенной информации [1-3, 5, 9, 13-15, 52, 58, 63, 129].
В методологическом плане ГИС – это технология сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированных данных. В ГИС атрибутивная информация о направлениях любой деятельности человека непосредственно связывается с пространственной информацией. Именно ГИС
являются недостающим звеном, обеспечивающим полноту информационной среды, благодаря которой современные ИТ приобретают необходимое соответствие реальному миру, становятся виртуальной действительностью.
Ускоренные темпы развития аппаратных средств (ПЭВМ,
графические устройства и др.) позволили создать различные системы, относящиеся к классу информационных, на однородной технической и системной платформе, что значительно упростило решение задачи их интеграции.
В настоящее время разработаны промышленные средства
взаимодействия ГИС с широко распространенными СУБД (Oracle,
INFORMIX, INGRES, SYBASE и др.); графическими системами;
пакетами
комплексной
автоматизации
проектирования
CAD/CAM/CAE; MRP, ERP и CSRP-системами [66, 69, 70, 73, 84,
103, 104].
Ядром любой ГИС является, прежде всего, интегрированная
база данных (БД), включающая пространственную и соответствующую ей атрибутивную информацию. Программно-аппаратные
152
средства ГИС направлены в первую очередь на формирование пространственных данных и их увязки с атрибутивной информацией.
Их обязательными признаками являются: сбор и формирование
пространственной библиотеки данных с использованием различных
источников картографических данных (астрономических, геодезических, общегеографических и тематических карт; кадастровых
данных, планов и карт; дистанционного зондирования, авиационных и космических снимков; натурных наблюдений и измерений
и т. д.), их идентификации с атрибутивной информацией, проекционные преобразования, геоинформационное моделирование, формирование и отображение геоизображений, графических образов,
электронных карт и их вывод на твердые носители и т. п.
Структура основных программных компонентов ГИС и их
взаимодействие приведена на рис. 4.8.
Как уже отмечалось выше, наиболее важным компонентом
ГИС является БД. Ее полнота, гибкость и рациональность построения в значительной мере определяет область и эффективность использования и в конечном итоге, коммерческий успех ГИС.
Проектирование БД ГИС является очень трудоемкой и кропотливой работой и требует взаимодействия различных структур
(как государственных, так и коммерческих), наличия развитой сетевой коммуникационной системы связи и больших финансовых
затрат.
В качестве примера можно отметить работу американских
компаний Environmental System Research Institute (ESRI) – института исследований систем окружающей среды и ее бизнес-партнера
Geographic Data Technology Inc. (GDT) над созданием национальной (глобальной) БД США по улицам, которая на сегодняшний
день является наиболее полной и уникальной, ориентированной на
использование различных бизнес-процессов.
153
Разработчики включают в БД навигационные атрибуты для
управления транспортным парком – слежения за перемещением
объектов, логистической поддержки, локационных сервисов и др.
Для ведения БД и ее непрерывной поддержки в актуальном
состоянии разработчики установили связи с десятками тысяч муниципальных и региональных правительственных агентств, в том
числе и с компаниями, занимающимися созданием БД ГИС отдельных регионов. Они осуществляют сбор необходимых данных, проводят их оценку, взаимоувязывают ее перекрестными ссылками и
интегрируют с другой информацией глобальной БД. После этого
она становится доступной по сети Интернет всем заинтересованным пользователям. Такая технология позволяет создать согласованную национальную инфраструктуру пространственных и атрибутивных данных о транспортной сети и одновременно предоставлять информацию пользователям на локальном уровне [111, 118].
В последние годы компании ESRI и GDT поставили и решили
задачу включения в БД атрибутивной информации о Z-уровне
улиц. В них отображаются отношения «путепровод, идущий поверху или туннель», ограничения для поворотов, маневров, магистралей и направлений с односторонним движением, среднее время пересечения перекрестков, дорожные покрытия и названия транспортных артерий в соответствии с национальным стандартом.
Разработчики БД проводят позиционирование всех геометрических данных для приведения их точности в соответствии с требованиями навигационной индустрии. В соответствии с ними осуществляется согласование векторных данных с растровыми изображениями, с существующими источниками данных GPS [44,72].
154
Входные
картографические и
атрибутивные данные
интефейс
Операционная система
Создание карт и
атласов
Преобразование
входных данных
Управляющий модуль
картографическая
генерализация
проекции и
СУБД
проекционные
преобразования
Моделирование
построение
геоизображений и
графических образов
Интегрированная
(пространственно-атрибу
тивная) БД
Формированине
электронных карт,
анимация, визуальное
картографирование
Формирование и вывод
твердых копий
Рис. 4.8 Структура основных программных компонентов ГИС
и их взаимодействие
Редактирование большинства карт проводится с помощью
метровых изображений в качестве фона, что способствует получению ценной информации, в том числе и о Z-уровне. Перспектива
развития уличной сети мегаполисов и крупных городов связана
именно с этим уровнем.
Геоинформационные системы можно разделить на два класса:
полномасштабные и настольные [1, 5, 9, 55, 69, 70] . Быстрые темпы развития аппаратных и программных средств ГИС сближают их
155
характеристики. В настоящее время настольные ГИС на базе персональных компьютеров по большинству функций соответствуют
полнофункциональным.
Использование глобальных сетей, например Интернет, а также
открытость и совместимость ГИС различных классов в настоящее
время дают возможность на рабочем месте пользоваться всеми
преимуществами полнофункциональных (больших) ГИС (ПГИС).
Любая информация ПГИС становится доступной для настольных
ГИС практически в реальном времени.
Многие ГИС включают не только пространственные и атрибутивные данные о транспортной сети стран, регионов, городов, но
и встроенные программные модули (ПМ), которые позволяют эффективно оценивать и управлять ресурсами, распределенными по
сетям и процессами в таких сетях. Данные ПМ служат мощными
аналитическими средствами моделирования реальных сетей – пространственного анализа и поиска объектов по их адресу, рассчитывать оптимальные маршруты движения транспорта, места размещения объектов, оптимизации районирования с учетом доступности
территорий и объектов по дорожной сети. Таким образом, обеспечивается поиск оптимальных путей, трасс и маршрутов для перевозки людей, материальных и природных ресурсов с обеспечением
мониторинга реализации процессов по электронным картам в реальном времени.
Партнерами ESRI созданы приложения для ГИС ArcView GIS,
значительно дополняющие и расширяющие возможности системы.
К таким приложениям относится, в первую очередь, пакет NetWork
Analyst, предназначенный для анализа линейной сети дорог, улиц,
рек и др. При загрузке пакета в графический интерфейс добавляются отдельные пункты меню «Сеть», кнопки и инструменты для решения транспортных задач. С помощью данного приложения ре-
156
шаются задачи поиска кратчайшего маршрута до пункта обслуживания (сервисных служб, магазинов, театров, достопримечательностей и т. д.). При этом учитываются ограничения передвижения по
дорогам, запреты поворотов и другие правила движения. Выдача
маршрутного листа передвижения – одна из стандартных функций
данного приложения. Маршрутный лист может включать оригинальные названия начального и конечного пункта, длину и время
перемещения по каждой улице, подробное описание ориентиров,
названий улиц, дорог и др. Ее можно отобразить в электронном виде или вывести электронную копию. Все данные могут передаваться автоматически в диспетчерский пункт управления движением.
Определение зон обслуживания (доступность) является еще одной
важной функцией приложения. Она позволяет определить ареалы
зон, равноотстоящих от любых пунктов или центров, расположенных на сети. Приложение обеспечивает отслеживание движения
транспортных средств по дорогам с помощью совмещения координат, полученных при помощи приемника GPS на борту транспортного средства, с картой местности передвижения и их динамической визуализацией в реальном времени.
В нашей стране рядом постановлений Правительства РФ разработаны целевые программы использования глобальных навигационных спутниковых систем на транспорте с использованием системы ГЛОНАСС и повышения безопасности дорожного движения в
России [1, 5, 9, 55, 69, 70].
Основными целями данных программ являются: информационное обеспечение безопасности перевозок пассажиров и опасных
грузов автомобильным транспортом с автоматизированным обнаружением мест ДТП и ЧС и оперативным взаимодействием с органами МВД, скорой медицинской помощи, МЧС. Для реализации
этих целей предусматривается создание полнофункциональной ра-
157
дионавигационной системы с автоматическим определением местонахождения транспортного средства.
Информация, передаваемая этой системой, должна обрабатываться комплексом программ управления транспортом в пути следования с применением видеоизображений транспортной сети.
Функции комплекса включают в себя автоматическую передачу
сигналов бедствия от водителя соответствующим службам, обеспечения управления и передислокации транспорта на линиях при выполнении мероприятий по ЧС и ГО.
Для реализации этого необходима единая технология и специализированное программное обеспечение по управлению безопасным функционированием автотранспорта при перевозке пассажиров и опасных грузов. Кроме того, должно быть выработано
единое техническое решение по использованию отечественного радиотехнического и навигационного оборудования, в том числе радионавигационных бортовых блоков для автомобильного транспорта, работающих по сигналам систем ГЛОНАСС или GPS. Также
необходима разработка единых протоколов информационного обмена по каналам связи между мобильными объектами и зональными, межрегиональными, федеральными и международными центрами дистанционного управления. Технологии информационного
взаимодействия и передачи телеметрической информации в МВД,
МЧС, ГО должны быть согласованы. Также необходимо обеспечить информационное взаимодействие системы с оперативными
службами; согласовать с муниципальными службами технологии
управления специальным транспортом.
В настоящее время в отрасли (Министерство транспорта и
связи) накоплен положительный опыт разработки, внедрения и эксплуатации радионавигационных систем автоматизации управления
и безопасного функционирования транспортных комплексов в
158
Брянске и Краснодаре. Создаются подобные системы в Екатеринбурге, Перми, Омске, Костроме. Разработано программное обеспечение, использующее отечественное радионавигационное оборудование и ГИС [1, 5, 9, 55, 69, 70].
Федеральным агентством транспорта организованы работы по
реализации единой технической политики в области информатики,
связи и навигации на наземном транспортном комплексе, обеспечивающей единство технологических решений систем управления,
унификации и стыковки применяемого радионавигационного и
связного оборудования. Осуществляется координация процессов
создания интеллектуальных систем управления транспортом федерального и регионального уровней.
Разработаны научные принципы реализации целевых программ создания в городах автоматизированной радионавигационной системы управления и обеспечения безопасного функционирования городского транспорта и оснащения необходимыми средствами всего транспорта, включаемых в систему, а также диспетчерских и управляющих служб, постов, терминалов. Данный подход
предусматривает, в первую очередь, установку интеллектуальных
бортовых систем в автобусах, троллейбусах, трамваях, скорой помощи, аварийных машинах и т. д. Бортовой блок оснащен мобильной радиостанцией со встроенным компьютером, радиомодемом и
приемником спутниковой навигации. С помощью данной системы
осуществляется связь транспорта с центральной диспетчерской
службой города, подстанциями скорой помощи, ГО и ЧС, спецслужбами и др.
Данные системы обеспечивают возможность оперативного
обнаружения и реагирования на ДТП, оказания медицинской и технической помощи, ведения соответствующей БД, проведения расследований и установления истинных причин ДТП и принятия
159
управленческих решений по их устранению практически в реальном времени.
Радионавигационные системы обеспечивают двухстороннюю
связь между федеральными и региональными уровнями управления
транспортом и позволяют осуществлять функции государственного
регулирования, в том числе и в чрезвычайных обстоятельствах для
оперативного взаимодействия с органами ГО, ЧС и МВД.
Пример создания и внедрения радионавигационной системы
автоматизации дистанционного управления перевозками пассажиров (РСАДУ-ПП) на ряде автобусных маршрутов в Москве доказал
эффективность ее применения для оперативного суточного планирования, контроля и управления перевозками, предоставления информации и справок, учета работы транспорта и др.
С помощью данной системы осуществляется постоянная оперативная связь транспорта и центрами диспетчерских пунктов.
Диспетчер имеет необходимую информацию в реальном времени о
наличии машин на линии, по выходам автобусов на линии и интервалам движения, по режимам труда и отдыха водителей и др. Наглядность и информативность управления транспортом осуществляется с помощью электронной карты, которая автоматически вызывается при переговорах диспетчера с водителем. Система осуществляет формирование и ведение БД о перевозках для анализа и
принятия решений по улучшению комфортных условий перевозки
пассажиров.
В результате применения РСАДУ-ПП примерно на 30 %
уменьшилось время на оказание технической помощи автобусам на
линии; значительно повысилась дисциплина водителей на маршруте; уменьшилось количество невыполненных рейсов, а также рейсов с нарушением расписания движения; повысилась безопасность
перевозок за счет оперативного реагирования на случаи ДТП и др.
160
В настоящее время функционируют подобные системы в масштабах мегаполисов и крупных городов в различных странах.
Достигнутые результаты при внедрении радионавигационных
систем автоматизации управления и обеспечения безопасного
функционирования городского транспортного комплекса заключается в общем повышении качества и надежности работы городского
транспорта. Это происходит за счет непрерывного контроля выполнения плановых расписаний движения каждой подвижной единицей, своевременного обнаружения и оперативного устранения любых отклонений и нарушений на маршрутах, обеспечением безопасности пассажиров, водителей и подвижного состава в пути следования. Дорожно-транспортная обстановка в городе оперативно
анализируется с возможностью передачи информации о ДТП и
чрезвычайных ситуациях в оперативные и специальные службы
(скорая помощь, УВД, ГО и ЧС, ГИБДД). Круглосуточно функционирует центр управления движением городского транспорта, что
создает возможности организации эффективного управления и
безопасного функционирования всего транспортного комплекса города, включая специальные, аварийные, дежурные службы. Информационные табло, функционирующие на остановках общественного транспорта, предоставляют пассажирам информацию о
движении городского маршрутного транспорта. Это снижает
транспортную усталость пассажиров.
Применение на всех городских автобусах технических средств
сбора платы за проезд на основе пластиковых магнитных карт упрощает контроль оплаты проезда, снижает объем хищений наличных денежных средств, что увеличивает сумму собираемых за проезд денежных средств. Это также приведет к автоматизированному
учету поездок и пассажирских потоков. Затраты от перевозок и
снизятся за счет оптимизации маршрутной сети, составления рас-
161
писания с учетом реального наличия пассажиров по часам и дням
недели.
Все это также позволит создать равные условия для работы
муниципального и частного транспорта. При этом возможен объективный учет получаемых доходов и установления на этой основе
уровня налогообложения, в том числе и размеров налога на вмененный доход и платы за патент.
Основная задача транспортной логистики – перемещение требуемого количества товара в нужную точку, оптимальным маршрутом за требуемое время и с наименьшими издержками.
Руководством Минтранса России принято решение по дополнению Транспортной стратегии России в отношении использования
информационных
технологий
для
повышения
техникоэкономической эффективности транспортной системы на основе
создания и ввода в действие системы топографо-геодезического и
навигационного обеспечения транспорта, в том числе:
создания и обновления топографической основы для создания геоинформационных систем (ГИС) для решения задач
навигации и движения транспорта (грузов),
создания дорожных карт в цифровом виде;
создания и ведения банков данных рельефа и поверхности
земли в целях обеспечения безопасности воздушного
транспорта в зонах воздушных коридоров и аэропортов;
создания техногенных геодинамических полигонов в районах сейсмической опасности для безопасной эксплуатации
транспортных сооружений (тоннелей, мостовых переходов
и др.);
обеспечения геодезического мониторинга транспортных
путей и транспортных потоков спутниковыми методами.
162
Из программных продуктов для решения этих задач стоит отметить систему транснавигации, созданную НПП «Транснавигация».
Назначение системы – диспетчерское управление транспортом, объективный инструментальный контроль и учет выполнения
транспортной работы, оперативное определение мест ДТП и чрезвычайных происшествий, повышение оперативности при оказании
медицинской помощи и эвакуации пострадавших, проведение мероприятий по линии МЧС и мобилизационной готовности. Технология реализована на базе программных продуктов, разработанных
НПП «Транснавигация» под методическом руководством Минтранса РФ и МАДИ (ГТУ). Система обеспечивает выполнение следующих функций [1, 5, 8, 9, 41, 44, 55, 69, 70, 72]:
непрерывный автоматический сбор навигационной информации о местоположении транспортных средств с помощью
бортовых спутниковых навигационных приемников;
автоматическое обнаружение и формирование в «горячих
окнах» диспетчерской программы информации обо всех отклонениях в работе транспортных средств от запланированных параметров транспортного процесса (нарушения
графиков движения, уход с запланированного маршрута,
отказы оборудования);
проведение управляющих воздействий диспетчера по регулированию транспортных процессов (изменение интервалов
движения, переключения на другой маршрут, изменение
режимов движения, оформление сходов по причинам и восстановление контроля движения, изменение наряда, и т. д.);
обеспечение речевой связи диспетчера с водителями транспортных средств, запись в компьютерную базу данных пе-
163
реговоров в эфире и воспроизведение переговоров по запросу за любой прошедший период времени;
визуальное отображение местоположения транспортных
средств на расположенной в управляющем пункте «видеостене» города, региона или на схеме маршрута движения в
реальном масштабе времени с сохранением истории движения транспорта в компьютерную базу данных, а также воспроизведение записей по запросу за любой прошедший период времени;
информирование пассажиров путем вывода информации о
движении транспортных средств на остановочные табло в
реальном масштабе времени;
автоматизированное определение мест возникновения дорожно-транспортных происшествий, чрезвычайных и критических ситуаций, эффективная организация мобилизационных мероприятий с визуализацией на электронной карте
местоположения и движения отдельных или групп транспортных средств.
формирование отчетных данных о выполненной транспортной работе, работе водителей, работе транспортных средств
(дневные, вечерние и ночные; регулярность выполнения
рейсов; пробег общий и линейный; время работы общее и
на линии; простои);
получение отчетных данных о работе диспетчеров системы
(переговоры диспетчеров с водителями транспортных
средств, проведение управляющих воздействий при регулировании движения).
Кроме того, система проводит технологическую подготовку
процесса перевозок, формируя маршрутные расписания и наряды
на выпуск транспортных средств.
164
Компанией ДАТА+, которая является дистрибьютором ведущих мировых производителей – компаний ESRI и Leica Geosystems,
предложена система «Логистик», работающий в среде ArcGIS 9.
Данные, с которыми работает «Логистик», можно разделить на две
группы: картографические и табличные.
К первой группе относится специально подготовленный граф
дорог (например, Москвы и области) и точечные шейп-файлы,
представляющие адреса клиентов и складов (гаражей). Для каждого
участка графа дорог заданы такие атрибуты, как длина и среднее
время проезда, направление и перечень типов машин, которые могут по нему двигаться. Пользователь может редактировать указанные атрибуты графа дорог. Адреса клиентов выбираются из базы
данных адресов, которая поддерживается и обновляется (например,
в Москве – несколькими компаниями).
К табличным данным относятся перечень заказов, состав заказов, номенклатура товаров, парк автомобилей, номенклатура транспортных средств. Каждый вид товара имеет свой вес и объем. Они
учитываются при загрузке транспортных средств. Кроме того, вводится система временных ограничений – время работы каждого
агента (транспортного средства) и перерыв на обед, время разгрузки/погрузки каждого вида товара, а также интервал времени, в который груз должен быть доставлен каждому клиенту. При разрешении агенту заезжать на склад – время загрузки транспортного средства. После задания всех исходных данных выбирается критерий
оптимизации: минимизация общего времени работы агентов или
минимизация суммарного пути агентов. Наряду с глобальным критерием определяется локальный (время или путь), и при расчете
происходит глобальная оптимизация расписания с учетом оптимальности маршрутов. Для решения задачи с такими сложными ограничениями используются оригинальные алгоритмы.
165
В результате расчета получается перечень маршрутов для
агентов, участвующих в решении, которые можно отобразить на
карте графически.
По результатам расчета может быть получен отчет для каждого транспортного средства, в котором будут указаны обслуживаемые клиенты и перечень улиц, по которым оно будет двигаться.
Дополнительно выводятся временные характеристики движения
агента – планируемое время прибытия к каждому клиенту и длина
и время проезда по каждому участку маршрута. Отчет выводится в
формате Microsoft Excel и может быть получен в краткой форме
или в виде полного маршрутного листа.
Для ведения базы данных клиентов и автотранспортных
средств, хранения маршрутов используются стандартные средства
ArcGIS. Мощные инструментальные средства ArcGIS позволяют
проводить пространственный и статистический анализ решаемых
транспортных задач, наглядно отображать получаемые результаты.
Комплексное решение задач управления транспортными системами предлагают ИТС, основанные на интеграции и взаимодействии четырех основных аппаратурных и программных средств
[1, 5, 9]:
аппаратуры автоматического определения текущего местоположения автотранспортных средств на основе спутниковой навигации;
радиоканала обмена цифровой и речевой информацией между автомобилем и центром мониторинга или диспетчеризации;
программно-картографических средств визуализации пространственно-временной информации о развитии транспортно-технологического процесса;
166
средств оперативного реагирования, доносящих управляющую и тревожную информацию до всех субъектов системы
управления (водителей автотранспортных средств, радиооператоров центров мониторинга и диспетчеризации и др.).
Транспортные информационные системы предназначены для
обеспечения комплексной автоматизации и компьютеризации
управления транспортно-технологическими процессами в масштабах автотранспортных предприятий, дорожно-транспортных комплексов городов, регионов, отдельных стран и континентов.
Перспективным направлением повышения конкурентоспособности российской транспортной системы является формирование в
транспортном комплексе интегрированной информационной среды.
Минтрансом России разрабатываются вопросы информационного
взаимодействия участников смешанных грузоперевозок и создания
сквозных информационных технологий на основе логистического
сопровождения грузовых отправок на всем пути следования «от
двери до двери».
Разработан проект соглашения об электронном обмене информацией между различными видами транспорта и другими участниками смешанных внутренних и международных грузоперевозок, предусматривающий также юридические и финансовые аспекты их взаимоотношений. Продолжается разработка общей для всех
видов транспорта технологической схемы интермодальных перевозок грузов в международном и внутреннем сообщениях на основе
обмена электронной информацией.
Формирование российских участков международных транспортных коридоров предполагает создание региональных транспортно-логистических систем. С целью создания условий для продления в перспективе международного транспортного коридора №2
до портов Дальнего Востока осуществляется разработка комплекс-
167
ной технологии работы всех участников смешанных перевозок грузов в регионе Дальнего Востока на основе внедрения электронного
документооборота во взаимодействии с транспортными логистическими центрами. В частности, информационное обеспечение грузовых перевозок через Приморский край предусматривается путем
создания логистического центра, технологически совместимого с
Московским транспортным логистическим центром.
Сбор данных для информационной транспортной системы
может осуществляться с помощью системы слежения за подвижными объектами, получившими на западе название Automatic
Vehicle Location Systems (системы AVL), позволяющие решать задачи безопасности, навигации и мониторинга подвижных объектов.
Основное назначение таких систем – постоянное наблюдение с
диспетчерского пульта, монтируемого в центральном офисе, за текущим географическим положением и состоянием парка подвижных объектов. При необходимости может быть реализован обмен
текстовыми и голосовыми сообщениями между диспетчером и водителем. Диспетчерский центр осуществляет периодический или
выборочный запрос информации по радиоканалу о местоположении и состоянии объектов слежения (автомобилей, грузовиков,
трейлеров, контейнеров, катеров и пр.). Подвижные объекты оснащены бортовыми комплектами аппаратуры, состоящими из GPSприемника с выносной антенной, радиоприемника/передатчика
(например, GSM) с антенной и блока управления (контроллера),
имеющего интерфейс с датчиками состояния и охранной сигнализации подвижного объекта. Сигналы от спутников регистрируются
GPS-приемником, который на их основе определяет текущее местоположение, скорость и направление движения подвижного объекта. Контроллер в соответствии с заданной программой направляет эти данные через интерфейс на передатчик, который, в свою
168
очередь, излучает в эфир соответствующие сигналы. Эти сигналы
напрямую или через сеть ретрансляторов поступают на приемник,
находящийся на диспетчерском пульте, а затем – на вход персонального компьютера, снабженного специальной программой. С ее
помощью диспетчер может увидеть текущее местоположение подвижного объекта на карте города, района или области, а также получить дополнительную информацию с установленных на подвижном объекте датчиков – включен или выключен двигатель, закрыты
ли двери и т. п. Система позволяет увеличить степень защищенности автомобилей и является прекрасным средством для борьбы с их
несанкционированным использованием и угоном.
Для оптимального выбора маршрута движения автомобиля в
некоторой местности используют атлас дорог. Конечно, такой атлас
– мелкомасштабный, но всѐ равно его можно было бы заменить
компьютером, на дисплее которого этот атлас можно было бы наблюдать даже в процессе движения. Современные ГИС могут решать много транспортных задач. Например, можно поставить перед
ГИС задачу найти оптимальный, в соответствии с некоторым критерием, маршрут между пунктами А и Б. К примеру, показать маршрут с минимальной длиной пути. Если по атласу дорог области
такая задача может быть решена приблизительно, то в крупном городе ситуация может быть иной. В крупных городах, с учетом
транспортных заторов и дорожных знаков, проехать из одной точки
города в другую может оказаться сложной проблемой. Дополнительный элемент сложности вносят дорожные пробки. Если бы в
городе существовала развитая информационная система на основе
ГИС, и в эту систему ГИБДД оперативно вносила бы информацию
о поставленных знаках, а постовые на напряжѐнных участках дороги информировали бы систему (через диспетчерскую, например) о
169
состоянии потока машин, то поиск кратчайшего пути с помощью
ГИС стал бы вполне реализуемым.
В сфере транспорта ГИС используются для решения множества задач. Вот некоторые из них [1, 5, 70]:
управление инфраструктурой и ее развитием;
управление передвижением транспортных средств;
управление парком транспортных средств;
логистика;
проектирование и строительство объектов транспорта;
конкурентный анализ;
моделирование.
В области городского пассажирского транспорта ГИС может
применяться для решения задач планирования и анализа маршрутной сети, диспетчеризации транспортных потоков в реальном времени, пассажиропотоков. Использование ГИС в перевозке грузов
автотранспортом позволит осуществлять планирование грузопотоков, управление парком автомашин, логистический анализ перевозок.
Дорожная сеть России имеет очень сложную структуру. Учет
хозяйства автодорог и поддержание его в работоспособном состоянии представляет собой комлексную задачу. Дорога – это не только
дорожное полотно для движения автомобилей, но и целый комплекс технических дорожных сооружений: эстакад, мостов, тоннелей, дорожных знаков и придорожных сооружений. Очевидно, что
без использования ГИС будет очень трудно управлять всеми этими
объектами. Положительный опыт использования ГИС в дорожном
хозяйстве уже имеют ряд областей России.
170
3.5. Применение информационных систем
Специфика автомобильных перевозок заключается, в частности, в территориально распределенной области деятельности АТП,
что требует скоростной передачи данных на определенные расстояния. Кроме того, применение современных методов транспортной логистики требует инструментальных средств, помогающих в
решении задач управления перевозками. В этой области CALS
можно рассматривать как средство повышения качества перевозок
и снижения затрат на них.
Основой CALS является ИИС, в которой протекают информационные процессы сопровождения и поддержки изделия на всех
этапах его ЖЦ. Основная идея ИИС заключается в том, что информация, однажды возникшая на каком-либо этапе ЖЦ, сохраняется в
ИИС и становится доступной всем участникам этого и других этапов (в соответствии с имеющимися у них правами доступа к информации). Реализация этой идеи при использовании прежних методов обработки информации была невозможной. Использование
автоматизации отдельных производственных и управленческих задач также не давало нужного эффекта. Только идея набора концепций, инвариантных на всем информационном пространстве ИИС, и
стандартов, единых для инструментальных средств, обеспечивающих все этапы ЖЦ изделия позволила избежать дублирования, перекодировки и несанкционированных изменений данных, избежать
связанных с этими процедурами ошибок и сократить затраты труда,
времени и финансовых ресурсов. К основным принципам CALS
можно отнести следующие [45, 56, 51, 67]:
1. Анализ и реинжиниринг бизнес-процессов (Businessprocesses analysis and re-engineering).
171
2. Безбумажный обмен данными (Paperless data interchange) с
использованием электронной цифровой подписи.
3. Параллельный инжиниринг (Concurrent Engineering).
4. Интегрированная логистическая поддержка (ИЛП
–
Integrated Logistic Support).
На них основаны базовые технологии CALS:
1. Управление проектом (Project Management).
2. Управление данными об изделии (Product Data
Management).
3. Управление конфигурацией изделия (Configuration
Management).
4. Управление ИИС, в том числе информационными потоками (Information Management).
5. Управление качеством (Quality Management).
6. Управление потоками работ (Workflow Management).
7. Управление изменениями производственных и организационных структур (Change Management).
Эти технологии реализуются с помощью инструментария
CALS, к которому можно отнести:
автоматизированные системы конструкторского и технологического проектирования (CAE/CAD/CAM);
автоматизированные системы планирования и управления
производством и предприятием (MRP/ERP);
программные средства управления данными об изделии
(изделиях) (PDM);
системы управления отношениями с покупателями CRM
(Customers Relationship Management) и др.
Концепции CALS независимы от отраслевой специфики –
это позволяет использовать их в различных областях технической,
управленческой, финансовой деятельности. С этой точки зрения ба-
172
зовые принципы CALS могут быть успешно применены к задачам
управления АТП.
Одновременно с появлением идей ЖЦ, в соответствии с ускоряющимся темпом развития производства, менялись концепции и
методы управления и разрабатывались инструментальные средства
для их реализации. В середине 40-х годов ХХ века Тейлором
(F.W.Tayle – H.Ford) были заложены принципы организации производства «30 glorieuses». В соединении с понятием Bill Of Material
(BOM), то есть спецификации изделия, связывающей потребности
предприятия в сырье, комплектующих и т. д. с планом выпуска
(бюджета реализации) готовой продукции, развилась концепция
Material Resource Planning (MRP). Она уже учитывала фактор времени, то есть своевременную доставку материалов во избежание
срыва планов выпуска готовой продукции.
Системы MRP быстро развивалась. Кроме планирования потребностей в материалах по замкнутому циклу (Cloosed Loop
Material Requirment Planning), с контролем исполнения производственной программы на цеховом уровне (MRP I, 1975 г.) появилось
планирование производственных ресурсов на основе данных, полученных от поставщиков и потребителей, ведение прогнозирования,
планирования и контроля производства (MRP II, 1980 г.). В рамках
MRP II предусматривалось планирование всех производственных
ресурсов предприятия: сырья, материалов, оборудования, людских
ресурсов, всех видов потребляемой энергии и т. д. В дальнейшем
были добавлены концепция JIT (Just in Time – точно в срок) и система OPT (E.Goldratt) – оптимизация «узких мест» (MRP II+, 1985).
Меняющийся рынок порождал новые потребности в управлении предприятиями, развивалась и концепция MRP II. Постепенно добавлялись возможности по учету и управлению другими расходами предприятия.
173
Логическим развитием MRP стала концепция ERP, называемая иногда также Enterprise – wide Resource Planning (планированием ресурсов в масштабе предприятия). Основная идея ERP – это
принцип единого хранилища данных (repository), которое содержит
всю информацию, накопленную организацией в процессе ведения
бизнеса, включая финансовые, производственные данные, или информацию по управлению персоналом, или любые другие сведения, имеющие отношение к деятельности организации [79, 92-94].
Общее хранилище данных устраняет необходимость в передаче данных от одной информационной системы к другой. Кроме
того, она создает дополнительные возможности для планирования,
анализа, а также моделирования финансовых или производственных процессов. Кроме того, становится возможным организовать
одновременный доступ работников к той части информации, для
которой они обладают соответствующими полномочиями.
Итак, MRP (Material Requirement Planning) – это планирование потребности в материалах; MRP II (Manufacturing Resource
Planning) – это планирование производственных ресурсов; ERP
(Enterprise Resource Planning) – это планирование ресурсов всего
предприятия.
До появления подобных систем компании хранили всю необходимую информацию в рамках отдельных, отвечающих за нее,
отделов. И чаще всего у каждого отдела был свой технический
парк, призванный управлять информационными потоками. Поэтому данные неоднократно дублировались в пределах компании, зачастую не учитывая последних обновлений. Кроме того, некоторая
часть данных хранилась исключительно в бумажном виде, что негативно сказывалось на доступе к ним.
Изначально ERP создавались для обслуживания информационных потребностей производственных предприятий. Со временем
174
сфера их применения расширилась за счет использования в здравоохранении, финансовых услугах, секторе потребительских товаров
и т. д. Более того, если ранее ERP-системы функционировали только на мощных вычислительных центрах, то теперь они успешно
решают свои задачи в рамках клиент-серверных систем и на порядок превосходят свои прототипы по функциональным возможностям.
Можно привести следующее определение ERP: «Совокупность приложений, интегрированных в единую среду для автоматизации бизнес-процессов предприятия, таких как планирование,
учет, контроль и анализа производства, финансов, снабжения, сбыта, хранения и т. д.».
Системы ERP позволяют решить следующие задачи [8, 32,
41, 46, 112, 114-116]:
организовать эффективное планирование всей финансовой
и хозяйственной деятельности;
повысить доверие инвесторов путем формирования максимальной прозрачности бизнеса;
снизить риски и увеличить прибыль за счет оперативного
принятия решений и их точности, интуитивности системы
управления, разграничения доступа к информации в соответствии с должностями сотрудников, и реализации функций ее безопасности;
сократить количественный аспект потерь рабочего времени за счет исключения дублирования данных разными
службами и организации беспрепятственного обмена данными между отделами компании.
Унифицированность ERP предоставляет значительные преимущества, включая уменьшение количества ошибок, большую
скорость и эффективность доступа к информации. В свою очередь,
175
корректно организованный доступ поможет руководителям быстро
ориентироваться в любой ситуации, имеющей место на предприятии, и повысить вероятность принятия правильного решения за
счет оперативного информирования о проблеме и ее точного определения.
С развитием вычислительной техники и накоплением опыта
моделирования производственных и непроизводственных бизнеспроцессов эти понятия постоянно уточняются, сложность и точность моделей возрастает. Стандарты MRP/ERP поддерживаются
Американским обществом по контролю за производственными запасами APICS (American Production and Inventory Control Society). С
учетом этого, MRP/ERP можно также определить как набор принципов, моделей и процедур управления и контроля, предназначенных для повышения показателей экономической деятельности
предприятия.
Позже модель ERP дополнилась концепциями Supply Chain
(Extend ERP, 1996) и CRM (ERP II, 2001). Идея Supply Chain заключается в управлении цепочками поставок, позволяющее направлять
и контролировать движение материальных и информационных потоков от поставщика к потребителю, CRM (Customers Relationship
Management) – это управление отношениями с покупателями.
В настоящее время модель MRP/ERP включает в себя следующие подсистемы:
1. Управление запасами.
Эта подсистема обеспечивает реализацию следующих функций: контроль наличия запасов (Inventory Control) и инвентаризация складских остатков (Physical Inventory). При решении этих задач обрабатывается и корректируется вся информации о приходе,
движении и расходе складских запасов. Выбирается стратегия контроля запасов по каждой позиции номенклатуры, а также отслежи-
176
вается прохождение отдельных партий запасов и серий изготавливаемой продукции и т. д.
2. Управление снабжением.
Подсистема реализует функции Purchase Orders – заказы на
закупку, Supplier Schedules – график поставок и MRP – планирование потребности в материалах, понимаемое как управление заявками на закупку. Управление снабжением включает в себя все операции по снабжению, включая формирование требований на поставку
сырья и материалов, определение расписания поставок в соответствии со сроками производства, вопросы складирования и оплаты.
3. Управление сбытом.
Основными функциями этой подсистемы являются: Sales
Quotations – квотирование продаж, Sales Orders/Invoices – заказы на
продажу (счета фактуры), Customer Schedules – график продаж потребителям, Configured Products – конфигурирование продуктов,
Sales Analysis – анализ продаж и Distributed Resource Planning
(DRP) – управление ресурсами распределения. Подсистема управления сбытом учитывает влияние на продукцию желаний потребителя. С ее помощью можно управлять конфигурированием продукции, продажами, анализом и прогнозами процесса сбыта продукции.
4. Управление производством.
Различные типы производственных процессов в этой подсистеме отражены различными функциями:
Product Structures – спецификация изделий, определяющая, какие материалы и комплектующие используются в
производимом изделии;
Routings/Work Centers – операции/центры переработки,
включает в себя описание цехов, участков, рабочих мест;
177
Formula/Process – технологические процессы производства
продукции с маршрутизацией по рабочим центрам для
объемного (процессного) производства;
Work Orders – наряд-задание (сменное задание) на производство работ для позаказного и мелкосерийного производства;
Shop Floor Control – управление трудозатратами (диспетчирование);
Repetitive – поточное производство (для серийного и массового производства).
Quality Management – управление качеством, то есть описание различных проверок изделий во время производственного процесса.
В этой подсистеме управление качеством играет роль обратной связи для регулирования производственных процессов.
5. Планирование.
В модели MRP/ERP предусматривается несколько взаимосвязанных уровней планирования. К первому, верхнему уровню,
относится стратегическое планирование (план предприятия), формирующий стратегию развития предприятия. На втором уровне
осуществляется прогнозирование по направлениям плана предприятия, а также формирование промышленно-коммерческого плана
(бизнес-планирование) и генерального плана-графика производства
с учетом планирования ресурсов. Третий уровень, в соответствии с
направлениями планов предыдущего уровня, включает в себя организацию снабжения и сбыта. В свою очередь, снабжение и сбыт
(планирование распределения ресурсов – DRP) планируются как
определение потребности в материалах (MRP) при учете загрузки
мощностей (CRP) в связи с производством.
178
В общем случае, в модели MRP/ERP предусматривается
сквозное планирование, согласование и оперативная корректировка
планов и действий снабженческих, производственных и сбытовых
звеньев предприятия.
Подсистема планирования реализует следующие функции:
Product Line Planning (PLP) – финансовое планирование
товарно-номенклатурных групп (ТНГ);
Master Scheduling Planning (MSP) – главный календарный
график или объемно календарное планирование;
Distribution Resource Planning (DRP) – планирование распределения ресурсов (RCP);
Materials Requirements Planning (MRP) – планирование потребности материалов;
Capacity Requirements Planning (CRP) – планирование потребления мощностей.
6. Управление сервисным обслуживанием.
Эта подсистема используется на этапе послепродажного обслуживания и используется, как правило, компаниямипроизводителями такой продукции, которая требует послепродажного технического обслуживания и поддержки. Подсистемой обеспечиваются необходимые функции – от создания графика технического обслуживания, учета контрактов на обслуживание и формирования счетов до учета прибыли от послепродажного обслуживания.
7. Управление цепочками поставок.
Концепция Supply Chain (управления глобальными цепочками поставок) позволяет представлять деятельность промышленных
предприятий в виде «эффективных цепочек логистики»: от поставщиков сырья и комплектующих до продажи готовых изделий конечному потребителю, позволяя проследить эффективность всей
179
цепочки. Подобный подход необходим при управлении территориально распределенными организациями, например, транснациональными компаниями, или для координации распределенного между многими дочерними компаниями производства. Таким образом, подсистема предназначена для обеспечения эффективного
управления материальными и соответствующими им информационными потоками: от поставщика через производство к потребителю.
8. Управление финансами.
Подсистема включает в себя функции:
General Ledger – главная бухгалтерская книга, предназначенная для отражения финансовых транзакций и ведения
бухгалтерского учета;
Multiple Currency – мультивалютность, для ведения учета
в разных валютах;
Accounts Receivable – дебиторская задолженность;
Accounts Payable – кредиторская задолженность;
Payroll – заработная плата;
Cost Management – управление себестоимостью;
Cash Management – управление платежами;
Fixed Assets – учет основных средств.
Задача этой подсистемы – оперативное получение информации о финансовых потоках, о текущем финансовом состоянии компании, что помогает находить оптимальные финансово – экономические решения. Эта подсистема полностью интегрирована со всеми остальными.
Стандарты MRP/ERP реализуются в корпоративных информационных системах (КИС). Различные КИС реализуют различный
набор стандартов. Как правило, КИС классифицируют по степени
полноты реализации подсистем, входящих в стандарты MRP/ERP.
180
Как правило, различают два вида корпоративных информационных систем [67, 79, 92-94]:
системы управления бизнесом (Business Management Systems, BMS);
системы планирования ресурсов предприятия (Enterprise
Recourse Planning, ERP).
Системы управления бизнесом решают задачи управления
малых и средних предприятий и, в свою очередь, состоят из трех
групп.
Системы первой группы (Low End PC) – самые простые. Они
предназначены для автоматизации малых предприятий. Как правило, это «коробочный продукт», рассчитанный на обслуживание нескольких стандартных бизнес-процессов и работающий в небольших сетях (до десятка компьютеров). В России примерами таких
систем являются «1С: Бухгалтерия», «Инфо-Бухгалтер», «ТурбоБухгалтер» и десятки других. Системы этого уровня – наиболее
многочисленны.
Вторая группа систем (Middle End PC) более адаптивна под
задачи конкретного предприятия и включают в себя больше функций. Как правило, специалисты фирмы-разработчика системы осуществляют внедрение, настройку и сопровождение таких систем.
Обычно это системы бухгалтерского и складского учета, например:
«1C Предприятие 8.0», «Альфа», «Аккорд», а также Attain (разработчик Damgaard, Дания).
К третьей группе (High End PC) относят системы, описывающие сотни бизнес-процессов и рассчитанные на работу большого числа пользователей. Применяются, как правило, на предприятиях среднего уровня. Существуют решения для Windows NT или
UNIX. Примером российских программных продуктов данного
181
класса – «Галактика», «Парус» 8.Х, Флагман; среди западных –
«Concorde XAL», Platinum ERA2.
Системы планирования ресурсов предприятия (ERP) обеспечивают планирование и управление всеми ресурсами предприятия
и строятся на основании стандартов ERP-модели. Тысячи бизнеспроцессов, содержащиеся в них, могут иметь десятки тысяч настраиваемых параметров. Системы этого класса могут быть адаптированы к различным требованиям предприятий. Системы ERP,
как правило, используют на средних или очень крупных предприятиях. Они могут работать на различных платформах (Windows NT,
UNIX, Solaris, AIX и т. д.) и с различными профессиональными
СУБД.
Основное отличие систем BMS от ERP состоит в ограниченности задач, решаемых BMS, и относительной простоте технологий
внедрения и применения. Иными словами, BMS-системы поддерживают несколько определенных видов промышленной деятельности и имеют лимитированное количество возможных пользователей, часто представляя собой «коробочный продукт».
Базовые принципы
Мониторинг
потребностей
Форм. пак. зак.
Оказание услуг
ИЛП
Базовые технологии управления данными
Базовые управленческие технологии
Рис. 4.3. Концептуальная модель комплекса ИП
оказания услуг АТП
Развитие
182
В России системы MRP/ERP начали активно внедрять с середины 90-х годов. В настоящее время в России недостаточно специалистов, в равной мере владеющих как современными методами
управления предприятиями, так и технологиями создания программных продуктов, реализующих эти методы. Аналитиками отмечается, что в нашей стране пока что не внедрены полноценные
ERP-системы, в полной мере реализующие все требования стандарта. Существующие системы относятся к группе BMS различного
уровня. Во многом это связано с тем, что создание ERP-систем связано с огромными затратами. Кроме того, новая система должна
быть апробирована десятками успешных внедрений. Средств, чтобы окупить подобные расходы, российский рынок пока что предложить не может. Многие из MRP/ERP – систем, применяемых в
России, переведены на русский язык и адаптированы к требованиям
российского законодательства.
Таким образом, эти системы являются локализациями зарубежных, добившихся успеха первоначально на западном рынке.
Они успешно используют мировой опыт применения ИТ для
управления предприятиями.
Управление качеством в CALS-технологии понимается как
всеобщее управление предприятием через управление качеством.
Управление конфигурацией связано с разработкой, выпуском, поддержкой ЖЦ сложных изделий, производимых во многих вариантах, в том числе и по конкретным требованиям заказчика.
В данном случае необходимо искать рациональный вариант
компромисса между требованиями максимального удовлетворения
заказчика и унификации выпускаемых изделий. В приложении к
АТП управление конфигурацией может пониматься как оказание
базового (стандартного) набора услуг, так и их расширения для
удовлетворения запросов заказчиков.
183
Е
М
Г
Р
И
Е Т О
-предварительного ЛА;
-управления проектом;
-управления конфигурацией:
- управление качеством;
- анализа и реинжиниринга
бизнес-процессов
Д
Р
О
Ы
И
-проектирования изделия и
технологий;
-проектиров. ТОиР и МТО;
-управления проектом;
- конфигурацией и качеством
при подготовке
пр-ва
В
А
П
Н
Н
А
Р А В И
-планирования и распределения ресурсов;
-уточнения проектов ТОиР и
МТО;
управления конфигурацией и
качеством
Я
Л А
информационного обеспечения эксплуатации, обслуживания, ремонта (ИЛП);
- управления конфигурацией
и качеством
Управление реинжинирингом
Планы, графики работ. Правила безбумажного обмена данными + ЭЦП+права доступа к данным
Параллельный
инжиниринг
Предконтрактные и предпроектные работы
Подготовка
производства
Производство
Управление
изменениями
Перестройка
организационнопроизводственной
структуры
предприятия
специальные для
реинжиниринга
П
Р О
Эксплуатация,
обслуживание,
ремонт
Данные о ходе и результатах процессов ЖЦИ
Информационная поддержка процессов ЖЦИ и управления этими процессами
Управление
процессами
ЖЦИ
Т
Управление ИИС
Н
Стандарты
И
Организационнотехнологическая
среда предприятия
управления проектом
управления качеством
(QM);
управления потоками
работ (WorkFlow)
Г Р А М
PDM;
специальные ЛА (LSA);
управления
конфигурацией (СМ)
М
Н Ы
САПР-К; САПР-Т;
Специальные ИЛП (ILS)
(проектирование ТОиР и
МТО); для автоматизированной разработки
ИЭТР
Е
для планирования и
управления производством (MRP/ERP)
специальные ИЛП (ILS),
ИЭТР
С Р Е Д С Т В А
И Н Ф О Р М А Ц И О Н Н А Я
С Р Е Д А
Рис. 4.4. Интегрированная информационная среда
Условные обозначения:
АР ИЭТР
Программное обеспечение для автоматизированной разработки интерактивного электронного технического руководства (ИЭТР);
АСУП
Автоматизированная система управления предприятием;
ИИС
Интегрированная информационная среда;
ЛА
Логистический анализ;
СИЛП
Специальное программное обеспечение для ИЛП;
СЛА
Специальное программное обеспечение для ЛА;
САПР-К
Конструкторская система автоматизированного проектирования;
САПР-Т
Технологическая система автоматизированного проектирования;
ЭЦП
Электронная цифровая подпись;
УПр
Управление проектом;
УПР
Управление потоком работ;
УКч
Управление качеством;
УКф
Управление конфигурацией;
УДИ
Управление данными об изделии.
184
Например, сопровождение грузов легковым транспортом,
предоставление легковых автомобилей с водителем в аренду, обслуживание торжественных мероприятий, организация и проведение экскурсий, доставка индивидуального транспорта по заказу в
ночное время и т. д.
Интегрированная логистическая поддержка (ИЛП) включает в
себя этапы анализа, планирования и управления процессами технического обслуживания и ремонта (ТОиР), материальнотехнического обеспечения (МТО); формирования и ведения электронной эксплуатационной и ремонтной документации.
Системы ИП базируются на интеграции автоматизированных
систем инженерного расчета (CAE – Computer Aided Engineering),
конструкторского (CAD – Computer Aided Design), технологического проектирования (Computer Aided Manufacturing), планирования и
управления производством и предприятием (MRP – Manufacture
Recurs Planning, ERP – Enterprise Resource Planning). Они обеспечивают автоматизацию всех процессов управления и реализации бизнес-процессов.
Их применение для решения задач комплексной автоматизации базируется на использовании средств управления данными
PDM – Product Data Management, которые по существу являются
дальнейшим развитием СУБД и БД на современном этапе, и обеспечивают формирование и ведение интегрированной информационной среды сквозного цикла автоматизации.
С их помощью накапливается и поддерживается вся совокупность постоянно меняющихся массивов данных с инженернотехнической и технологической информацией, необходимой на
этапах ЖЦ продукции и услуг. Системы PDM выполняют функции
основного инструмента, с помощью которого коллективы пользо-
185
вателей могут обращаться к любым данным, относящимся как к самим ресурсам, так и ко всем процессам.
Базовыми функциональными возможностями PDM-систем являются: управление хранением данных и документов, потоками работ и процессов формирования и вывода отчетов, а также организацию защиты информации.
Можно выделить следующие этапы ЖЦ оказания услуг АТП:
мониторинг рынка автотранспортных услуг, формирование пакета
заказов, оказание услуг, ИЛП, развитие.
На рис. 4.3 приведена концептуальная модель комплекса ИП
оказания услуг АТП.
Экономические преимущества систем ИП заключаются в предоставлении на рынок большего количества услуг (в том числе и
новых); сокращении затрат на их оказание, улучшении качества обслуживания; минимизации затрат на эксплуатацию, техническое
обслуживание и ремонт транспорта.
Ключевыми при использовании CALS-технологий являются
системы MRP, ERP и CSRP-планирования производственных процессов, ресурсов предприятия и управления ресурсами с их синхронизацией с потребителями соответственно.
Системы ИП АТП могут решать большинство задач автоматизации управления: мониторинг рынков, планирование и производство (стратегическое и оперативно-календарное), сбыто, финансы,
кадры, технологические процессы (включая технологическую подготовку производства), транспортно-складское хозяйство, бухгалтерский учѐт и т.д. На рис. 4.4 показана связь систем ИП и поддерживающего их инструментария со стадиями ЖЦ.
186
Таблица 4.1
Назначение системы
Наименование
программного продукта
Офисные системы:
MS Office 2003
Текстовый редактор
Word 2003
Электронные таблицы
Excel 2003
MicroSoft Corp (США)
AutoCAD, 2004
Autodesk (США)
Unigraphics
Unigraphics Solutions
(UGS, США)
CATIA v.5
Dassault
tems(США)
ProEngineer
Parametric Technology
Corp. (США)
SolidWorks 2001
SolidWorks Co (США)
Автоматизация проекти- SolidEdge
рования
CADDS
(CAE/CAD/CAM)
Средства ЭЦП
Фирма – изготовитель
(страна)
Sys-
UGS (США)
Parametric Technology
Corp (США)
CadKey
CadKey Corp (США)
ANSYS
ANSYS Inc. (США)
Euclid
Matra
(Франция)
Datavision
T-Flex
АО «Топ
(РФ)
системы»
Компас
АСКОН (РФ)
Кредо
НИЦ АСК (РФ)
Крипто Офис
ЛАН Крипто (РФ)
Верба
МО ПНИЭИ (РФ)
PGP
Network Associates inc.
(США)
Priva Seal
Aliroo Inc. (США)
SAP R/3
Системы планирования
BAAN IV
и управления производством (MRP/ERP)
J.D. Edwards
SAP AG (ФРГ)
Baan
(США)
Engineering
J.D. Edwards (США)
187
Системы ИП можно разделить на две большие группы:
создания и преобразования информации об изделиях, производственной среде и производственных процессах, применение которых не зависит от реализации систем ИП;
программные продукты, применение которых непосредственно связано с системами ИП и требованиями соответствующих стандартов.
К первой группе можно отнести системы ИП, традиционно
применяемые на предприятиях различных отраслей промышленности и предназначенные для автоматизации различных информационных и производственных процессов и процедур. К этой группе
принадлежат программные средства и системы: подготовки текстовой и табличной документации различного назначения (текстовые
редакторы, электронные таблицы и т. д. – офисные системы); САЕ,
CAD, САМ – системы; автоматизации планирования производства
и управления процессами изготовления изделий, запасами, производственными ресурсами, транспортом и т. д. (системы MRP/ERP);
идентификации и аутентификации информации (средства ЭЦП).
На рынке программных средств перечисленные выше группы
программных продуктов представлены достаточно широко. Краткий перечень некоторых из них приведѐн в табл. 4.1.
Ко второй группе принадлежат программные средства:
управления данными об изделии и его конфигурации;
потоками заданий при создании и изменении технической
документации;
обеспечения ИЛП изделий (заказ и поставка запчастей и
расходных материалов, процессами ремонта и технического
обслуживания, включая интерактивные электронные технические руководства к этим процессам и т. п.);
188
Таблица 4.2
Назначение системы
Наименование
программного продукта
Фирма – изготовитель
(страна)
iMAN
UGS (США)
Optegra
Parametric Technology
Corp. (США)
Windchill
PTC (США)
Matrix
Системы
управления
Metaphase
данными об изделии
Enovia
(PDM)
Agile
MatrixOne Co (США)
Metaphase Co (США)
IBM Corp (США)
Agile Software
(США)
Co
Part Y
Лоция Софт (РФ)
PDM STEP Suite (PSS)
НИЦ
«Прикладная
Логистика» (РФ)
CoCreate Work Manager
CoCreate
Software,
GmbH (ФРГ)
Средства
управления
Staffware
потоками заданий и доCasewise
кументооборотом (WF –
Work Flow)
Product Center
Staffware Plc (Англия)
CASEwise
(США)
Systems
Workgroup Technology
Corp (США)
Средства
подготовки Technical Guide Builder НИЦ
«Прикладная
интерактивных
элек- (TGB), v. 2
Логистика» (РФ)
тронных
технических
руководств
Средства функциональ- WorkFlow Modeller, v.4.2
ного
моделирования, BP-Win, v. 4
анализа и управления
бизнес-процессами.
ARIS
MetaSoft Corp (США)
Computer
Associates
International (США)
IDS Scheer AG (ФРГ)
189
функционального моделирования, анализа и принятия рациональных управленческих решений проведения бизнеспроцессов.
Краткий перечень имеющихся на рынке программных средств
этой группы приведен в табл. 4.2.
Проведѐнный анализ показывает, что современные ERP/MRP,
CSRP системы являются очень сложными программноаппаратными комплексами. Их внедрение требует огромных усилий по перестройке всей системы управления производства, создания соответствующей инфраструктуры – служб разработки, внедрения, эксплуатации, обучения специалистов и т. д., что является
сложнейшей научно-технической проблемой.
Их эффективность в значительной мере зависит от уровня
развития основных ИТС, прежде всего систем управления: транспортными потоками в региональных центрах, геоинформационных,
а также степенью их взаимодействия с системами ИП АТП.
Одна из наиболее известных ERP-систем – шведская IFS
Applications. Она совершенствуется уже на протяжении 20 лет, апробирована на более чем 3000 предприятиях. Система IFS
Applications полностью локализована в России и адаптирована к
российскому законодательству. Более десяти еѐ версий успешно
внедрены в России, странах СНГ и Балтии.
Система включает инструменты для планирования, контроля, учета и управления бизнес-процессами предприятия. В 2003 году IFS Applications стала первой системой, где была реализована
новая управленческая концепция 3LM – взаимосогласованное
управления ЖЦ продукции (PLM), основных фондов (EAM) и работы с персоналом, заказчиками (CRM) и т. д. Она построена в соответствии с объектно-ориентированным подходом и представляет
собой совокупность более шестидесяти компонентов, что делает
190
возможной настройку системы в соответствии с требованиями каждого предприятия. Система успешно протестирована при одновременной работе 15 000 пользователей. При этом время отклика составило менее 1 секунды.
Транспортная комиссия Торонто выбрала IFS Applications
для использования в системе управления городского транспорта, в
который входят метро, автобусы и такси города. С помощью данной системы осуществляются планово-предупредительные и корректирующие ремонты, прогнозируются возможные неисправности
техники, и, в конечном итоге, повышается операционная прибыль.
Кроме того, IFS Applications уже используется для управления
транспортом ряда мегаполисов мира, например Осло и Кракова, и
на железных дорогах Норвегии, Швеции, Австралии, Германии,
Китая и других стран. Система выбрана сервисным подразделением
железнодорожного гиганта Siemens Transportation Systems в качестве своего корпоративного стандарта. Для транспортной отрасли IFS
предлагает комплексное интегрированное решение, включающее
функции управления техобслуживанием и ремонтами, поставками,
финансами и персоналом, планирования и прогнозирования, контроля операций и стратегического управления.
191
ГЛАВА 4. Региональные информационные
системы управления
транспортными потоками
4.1. Управление транспортными потоками
в регионе
В настоящее время в России накоплен значительный опыт информатизации различных сфер деятельности. В последние годы повышается внимание правительства страны и регионов, которое уделяется взаимодействию с гражданами и организациями на основе
применения информационных технологий. Тем не менее, проводимые работы по информатизации в основном направлены на информационное обеспечение экономических, управленческих задач и
делопроизводства. Задачи информатизации различных областей
жизни регионов решались раздельно, их интеграции не уделялось
должного внимания. Программа информатизации регионального
управления и функционирования транспорта должна строиться в
соответствии с единой концепцией, предусматривающей взаимодействие всех аспектов деятельности региона. В нее должна быть
включена система организационных, нормативно-методических и
технических мероприятий, обеспечивающих переход на электронную форму взаимодействий органов власти с населением и организациями [6, 12, 10, 12, 13, 18].
К сожалению, значительное отставание России в развитии
информационных технологий препятствует интеграции нашей
страны в мировое информационное сообщество. На федеральном
уровне только в начале 2002 г. утверждена Федеральная целевая
программа «Электронная Россия». Концепции развития общегород-
192
ских и региональных электронных систем и составляемые на их основе ежегодные планы информатизации присутствуют только на
уровне мегаполисов. В Воронеже такие работы ведутся по различным направлениям, слабо связанным между собой. Отсутствие согласованности и скоординированности приводит к тому, что остается низким уровень интеграции существующих систем областного, городского управления и местного самоуправления; происходит
неоправданное дублирование функций в различных системах; отсутствует региональный комплекс стандартов, классификаторов,
наборов метаданных и т. п., позволяющих унифицировать представление данных и обеспечить согласованное функционирование
этих систем. Воронежский регион нуждается в разработке единой
стратегии информатизации, в новых действенных механизмах координации этой деятельности, в реализации мероприятий по общесистемному обеспечению региональной информационной и коммуникационной инфраструктуры.
В рамках реализации программных мероприятий Федеральной
целевой программы «Электронная Россия (2002-2010 годы)»
администрации регионов инициируют создание региональных
систем управления транспортными потоками (РСУТП). В
частности, в 2005 году главами администраций Воронежской,
Смоленской и Калужской областей подписано соглашение о
подтверждении намерения о сотрудничестве сторон в процессе
разработки и реализации в период 2005-2007 годов
межрегионального
проекта
«Создание
интегрированных
региональных информационных систем с использованием
географических информационных технологий» (проект «ИРИС»).
Одной из наиболее важных региональных подсистем является
региональный транспорт (рис. 4.1). Пассажирский автотранспорт
является отраслью, которая оказывает существенное влияние на со-
193
циальную сферу. В связи с недостаточными объемами финансирования на протяжении последних лет к 2001 году в Воронежской области сложилась ситуация, когда прекращена работа на 128 автобусных маршрутах (45 городских, 55 пригородных и 26 междугородных). Более 236 населенных пунктов не связаны автобусным
сообщением с районными и областным центрами. Остальные (1137
населенных пунктов) обслуживались автобусными перевозками по
отдельным дням недели по согласованным с администрациями
районов расписаниям. Грузовой автотранспорт области, насчитывающий более 37,3 тыс. ед. автотранспортных средств, находится в
ведении 6935 хозяйствующих субъектов, из которых 3232 являются
юридическими лицами (48 %), владеющих 30,5 тыс. транспортных
средств (81,7 %), предпринимателей без образования юридического
лица 3703 человека (52,4 %), имеющих 6,7 тыс. автомобилей
(18 %). Из общего количества хозяйствующих субъектов 377 являются государственными предприятиями федерального и областного уровня собственности (5,4 %), на балансе которых числится
4,662 тыс. автотранспортных средств (12,4 %). По итогам 2002 года
по оперативным данным грузовым автотранспортом области перевезено (включая малые предприятия и предпринимателей) более
2,9 млн тонн грузов и грузооборот составил более 200 млн ткм.
Объем перевозок грузов крупными и средними организациями автотранспорта за 2002 год по оперативным данным составил
2194,6 тыс. тонн, грузооборот 119,2 млн ткм, что составило от общего объема 73,7 % и 57,2 % соответственно.
Стратегической целью государственной транспортной политики является формирование такой транспортной системы, которая
бы гарантировала и эффективно удовлетворяла потребность в перевозках пассажиров и грузов, социальные, природоохранные и другие специальные требования. В этих условиях необходимо при-
194
стальное внимание со стороны регионального правительства к информатизации этой сферы с целью повышения ее эффективности.
Необходимо разработать программу комплексной информатизации
региона, целью которой являлась бы повышение уровня и качества
жизни горожан, создание благоприятных условий для предпринимательской деятельности и повышения конкурентоспособности
предприятий всего региона, повышение эффективности и открытости регионального управления, улучшение экологии и работы регионального хозяйства. Программа комплексной информатизации
города должна быть сопряжена с совершенствованием нормативноправовой базы, созданием единой безопасной информационной
среды, развитием информационно-коммуникационной инфраструктуры.
Главный организационный принцип РСУТП – распределенность процессов формирования и актуализации геоинформационного ресурса. Все руководители местных кадастровых органов, архитектуры и градостроительства, транспортных и коммунальных
служб, предприятий и организаций ответственны за своевременную
передачу всех необходимых данных в систему градостроительного
кадастра и за достоверность предоставляемой информации. РСУТП
(рис. 4.2) будет использоваться для управления взаимодействием
всех организаций, участвующих в функционировании регионального транспорта, связывать в единой распределенной базе данных все
локальные системы регистрации, а также пользователей на местах.
Цифровая база данных региона связывается с цифровой картой. В
общей базе данных (БД) будут храниться и обрабатываться сведения о личном, служебном, муниципальном, коммерческом и транзитном транспорте, о дорожной сети, об инженерных сооружениях
и другая необходимая информация.
195
Региональная система управления транспортными потоками
должна обеспечить решение следующих основных задач:
создание единой общерегиональной информационной среды, охватывающей ключевые области транспортного комплекса региона;
обеспечение многоуровневого доступа к информации и информационно-коммуникационным услугам для всех участников транспортного процесса;
формирование публичных информационных ресурсов, направленных на удовлетворение информационных потребностей населения, органов власти, организаций и хозяйствующих субъектов региона;
развитие информационно-коммуникационной инфраструктуры региона, отвечающей современным требованиям для
технического обеспечения этих задач и обеспечивающей
необходимый уровень информационной безопасности информационных ресурсов и систем региона;
интеграцию с информационными системами городского,
регионального и федерального уровня.
Внедрение единой региональной системы управления транспортными потоками позволит:
повысить транспортную безопасность в регионе;
улучшить качество транспортного обслуживания населения;
повысить эффективность функционирования оперативных
городских и региональных систем быстрого реагирования в
условиях чрезвычайных ситуаций;
обеспечить синхронизацию работы муниципальных служб
при решении задач регионального и городского хозяйства;
196
снизить негативные воздействия автотранспорта на окружающую среду (экологическая безопасность);
создать систему информационного сопровождения грузового движения;
обеспечить оказание навигационных услуг в сфере обслуживания детей, обеспечить контроль над передвижением
транспорта, перевозящего детей и школьников, а также
контроль над временными маршрутами муниципального
транспорта;
обеспечить контроль над состоянием региональной дорожной сети;
обеспечить контроль над состоянием строительных конструкций, мостов, путепроводов, тоннелей в целях недопущения возникновения аварийных ситуаций, попыток проведения террористических акций и т. д.
Интеграция всех региональных служб позволит создать оперативную систему реагирования на происшествия, затрагивающие
безопасность граждан, а также предотвращать террористические
акты благодаря автоматическому контролю над незапланированными остановками автотранспорта, за выездом автотранспорта за
пределы установленной рабочей зоны и таким образом повысить
оперативность органов охраны правопорядка. Улучшится транспортное обслуживание населения. При реализации концепции единой информационной сети необходимо также помнить об обеспечении информацией (с помощью специальных технических средств
коллективного пользования) граждан с частичной и полной потерей
слуха и зрения.
197
Контролирующие органы РФ
ГУВД
МинТранс
Транспортная
инспекция
МВД
ГИБДД
Городская
администрация
Отдел организации пассажирских перевозок
Областная
администрация
Главное
управление
автодорог
ПАТП, ТТУ
Областная
Дума
Комиссия по промышленному
транспорту и связи
АТП
Коммерческий
транспорт
Транзитный
транспорт
Муниципальный
транспорт
Личный
транспорт
Грузовой
транспорт
Рис. 4.1. Структура управления региональным транспортом
Единое региональное планирование позволит выработать наиболее рациональные маршруты, уменьшить бесполезный пробег автотранспорта из-за просчетов в организации перевозок, связанных с
неполной информацией о реальной обстановке, имеющейся у диспетчера, повысить эффективность комплекса мероприятий по огра-
198
ничению движения большегрузного автотранспорта в регионе
[19, 20, 34, 37, 40, 53].
Одним из перспективных направлений для создания РСУТП
могут служить геоинформационные системы. Для этого необходимо в первую очередь создание общерегиональной единой информационной среды, разветвленной телекоммуникационной инфраструктуры, а также оборудования всех городских транспортных
средств приборами GPS. Клиентские терминалы системы могут
быть установлены в различных точках города и региона и представлять собой, например, информационные пассажирские табло
для сообщения пассажирам информации о движении общественного и пригородного транспорта. Кроме того, эту систему можно использовать для оповещения водителей о дорожной ситуации – ГИС
предоставляют развитые средства интерфейса, с помощью которых
можно, например, отображать дорожную ситуацию в виде карты
дорог региона, предупреждать о заторах движения, рассчитывать
оптимальный путь проезда к заданной точке.
Для этого в транспортном средстве должен быть установлен
приемник GPS и мобильный терминал, связанный с системой по
радиоканалу или сотовому каналу связи.
Внедрение РСУТП позволит осуществлять все перевозки согласно единому, заранее разработанному плану. Это даст возможность сократить расходы на транспорт, упорядочить экономическую сторону перевозок, повысить их регулярность, что благотворно скажется на ситуации в регионе в целом.
199
Городская информационная
система
Областная информационная
система
Информационные системы
федерального уровня
Распределенная среда актуализации БД региональной транспортной системы
Подсистема
ГИБДД
ДПС
Бортовые навигационные системы транзитного транспорта
Подсистемы АТП, ПАТП, ТТУ
Бортовые навигационные системы
муниципального,
коммерческого,
служебного
и
личного
транспорта
Подсистемы
кадастровых
организаций
Сбор геоданных
Рис. 4.2. Региональная система управления
транспортными потоками
Процесс информатизации должен осуществляться поэтапно, в
соответствии с приоритетными целями организации грузовых и
пассажирских перевозок, путем создания и внедрения прогрессивных информационных технологий, а также оптимизации управления. Основой разработки автоматизированных систем должно стать
моделирование процессов управления и перевозок с выбором научно-обоснованных критериев их функционирования. Совокупность
критериев должна составлять систему оценки эффективности использования компьютерных технологий. При разработке транспортных информационных систем должна быть проведена стандартизация методов взаимодействия компонентов, позволяющих обеспечить интеграцию информационных систем на различном уровне.
200
Система должна иметь модульную структуру и допускать подключение новых модулей по мере их появления. Это касается как технических средств, так и информационного и математического
обеспечений. Создание корпоративной инфраструктуры связи и
вычислительных сетей должно строиться на основе межотраслевого участия в рамках формирования единой транспортной сети передачи данных. Создание единого информационного пространства
должно быть обеспечено стандартизацией транспортной, управленческой, статистической и экономической информации. Информационное пространство системы грузовых и пассажирских перевозок
должно формироваться как часть информационного пространства
региона. Компоненты системы должны проектироваться и эксплуатироваться с учѐтом общероссийских, областных и внутренних
требований информационной безопасности. Автоматизированные
рабочие места должны создаваться с учетом накопленного опыта
проектирования геоинформационных систем. Общая база данных
должна интегрироваться с существующими кадастрами. Созданную
сеть вычислительных центров и отделов АСУ при крупных автотранспортных предприятиях следует сохранить и использовать как
базу инфраструктуры информатизации. В системе должна использоваться единая модель данных с использованием единых классификаторов объектов, свойств и признаков для описания всех информационных ресурсов.
Создание полнофункциональной транспортной информационной системы региона является длительным, наукоемким, трудоемким и фондоемким процессом, поэтому еѐ развитие должно идти
поэтапно. Содержание работ каждого этапа должно в первую очередь определяться приоритетностью задач региональных перевозок. На каждом этапе необходимо стремиться получить требуемый
результат с минимальными затратами средств. Последующие этапы
201
должны максимально использовать информационные ресурсы, созданные на предыдущих этапах.
4.2. Автоматизированная система управления
дорожным движением в городе Воронеже
Целью создания автоматизированной системы управления дорожным движением (АСУДД) является снижение задержек транспорта на перекрестках, увеличение скорости движения транспорта
по городским магистралям и повышение безопасности дорожного
движения [15, 16, 19, 40].
Модернизация автоматизированной системы управления дорожным движением г. Воронежа была начата 2 сентября 2002 г.
Проект модернизированной системы был выполнен омским ЗАО
«Автоматика-Д», основными его разделами были:
определение структуры и функций системы;
разработка рабочих чертежей расстановки оборудования;
комплектование и поставка оборудования центрального
управляющего пункта (ЦУП) и периферии;
разработка массивов входных и выходных данных для настройки программного обеспечения на район управления в
г. Воронеже;
поставка эксплуатационной документации на систему и ее
составные части.
Созданная АСУДД рассчитана на двадцать пять регулируемых перекрестков (с учетом развития до девяноста шести). Управление светофорными объектами осуществляется дорожными контроллерами ДКС-Д (максимальное число подключаемых групп светофорных ламп – шестнадцать, количество направлений – шесть,
количество регулируемых фаз – шесть). Кроме того, предусмотрено
202
развитие АСУДД в виде внедрения подсистемы гибкого управления системой с помощью детекторов транспорта, а также внедрения
подсистемы ЭКО для осуществления контроля уровня загазованности воздушной среды города с помощью газоанализаторов.
АСУДД предназначена для выполнения следующих основных
технологических функций:
управление дорожными контроллерами по выбранной программе координации;
выбор программы координации по запросам оператора, по
времени суток, по параметрам транспортных потоков в характерных точках;
коррекция действующей программы координации в зависимости от скорости движения транспорта в характерных
точках;
управление дорожными контроллерами в режиме «Зеленая
улица» по заданному или произвольно набранному маршруту по карте города;
вывод справочной и контрольной информации на дисплей;
накопление и обработка статистики по транспортным потокам и режимам функционирования технических средств
системы;
сбор информации о состоянии воздушной среды в районе
управления системы (подсистема ЭКО).
Система представляет собой комплекс программных и технических средств, обеспечивающих координированное управление
дорожным движением в целом городе или в районе, и включает в
себя два уровня иерархии: на первом (высшем) уровне – оборудование центрального управляющего пункта (ЦУП), на втором – периферийное оборудование. Основной управляющей структурой
системы является центральный управляющий пункт АСУДД
203
(ЦУП), в помещение которого сведены все физические линии связи
с каждым дорожным контроллером (ДК).
В состав комплекса технических средств (КТС) системы входят:
Первый уровень (в составе ЦУП):
персональные компьютеры (ПК) для управления дорожным
движением - управляющий компьютер и компьютеры дисплейных пультов управления (ДПОУ);
персональный компьютер подсистемы ЭКО (в проекте);
персональный компьютер подсистемы КОРЗ (в проекте).
Управляющий компьютер - специализированный ПК-КРЦ,
строится на базе стандартного персонального компьютера IBM, в
его состав входит устройство для сопряжения с периферийным
оборудованием АСУДД.
ПК ДПОУ и подсистемы ЭКО – стандартные персональные
компьютеры IBM.
В состав оборудования ЦУП включены персональные компьютеры (ПК):
специализированный ПК-КРЦ для автоматизированного
управления АСУДД;
два дисплейных пульта оперативного управления ПКДПОУ для диспетчерского управления;
ПК-ЭКО для решения задач мониторинга воздушной среды
в подсистеме ЭКО (при дальнейшем развитии системы).
Все персональные компьютеры объединены в локальную вычислительную сеть. Периферийное оборудование включает в свой
состав:
дорожные контроллеры;
устройства связи ЦУП с периферийным оборудованием
УСД;
детекторы транспорта.
204
Информация с детекторов транспорта поступает в УСД. Между УСД и ПК-КРЦ ведется ежесекундный обмен информацией по
протоколу АСС-УД со скоростью 100 бит/с.
ЦУП оснащен персональными компьютерами и специальным
программным обеспечением для выполнения технологических
функций автоматизации управления дорожным движением:
ежесекундное формирование в ЦУП и передача на каждый
ДК команд телеуправления переключением светофорной
сигнализации по заранее составленным программам координации (ПК) с автоматическим выбором их по времени
суток (2 байта ТУ);
ежесекундная передача от каждого ДК телесигнализации о
состоянии светофорного объекта и оборудования, установленного на перекрестке (4 байта ТС);
ежесекундная передача с перекрестков, оборудованных детекторами транспорта, телеинформации об интенсивности
движения (2 байта ТИ);
обеспечение возможности диспетчерского управления светофорными объектами;
обеспечение возможности визуального контроля состояния
светофорных объектов на дисплеях персональных компьютеров;
обработка информации о состоянии оборудования АСУДД
и режимах работы системы, ведение журнала системы, выдача на дисплей и печать справок по запросу оператора.
В АСУДД для г. Воронежа применено типовое программное
обеспечение, разработанное ЗАО «Автоматика-Д» для систем различных конфигураций.
205
ПК-ДПОУ №1
ПК-КРЦ
Оборудование ЦУП
ПК-ЭКО
ПК-КОРЗ
ПК-ГИБДД
Периферийное оборудование
ДК №96
ДК №1
УСД
Детекторы транспорта, газоанализаторы
Рис. 4.3. Структурная схема АСУДД г. Воронежа
Условные обозначения:
ПК-КРЦ – управляющий компьютер (контроллер районного центра);
ПК-ГАИ – компьютер, связанный с ЦУП по специальным выделенным
линиям связи;
ГЖ-ДПОУ № 1 – дисплейный пульт управления для оператора системы;
ПК-ЭКО – компьютер подсистемы экологии (устанавливается дополнительно);
ДК – дорожный контроллер;
ПК − КОРЗ – компьютер подсистемы КОРЗ (контроль, обнаружение,
розыск, задержание, устанавливается дополнительно);
УСД – устройство связи периферии с ЦУП (к одному УСД подключается до 6 детекторов транспорта или 2 газоанализатора).
Электропитание оборудования ЦУП осуществляется от сети
220 В. Общая потребляемая мощность составляет 1,6 кВт.
Второй уровень (на дорожно-транспортной сети):
дорожные контроллеры;
детекторы транспорта;
газоанализаторы для подсистемы ЭКО.
Количество дорожных контроллеров (регулируемых перекрестков), входящих в район управления системы на первом этапе
206
проектирования для г. Воронежа - 25. При дальнейшем расширении
района управления количество дорожных контроллеров может
быть увеличено до 96 без изменения структуры ЦУП системы.
Количество детекторов, определяющих интенсивность движения транспорта в характерных точках дорожно-транспортной сети
(определяется по дополнительному договору). Информация с детекторов транспорта передается в дорожный контроллер (ДК).
Для измерения процентного содержания вредных газов (CO,
SO2) в воздушной среде района управления системы на дорожнотранспортной сети устанавливаются газоанализаторы (количество
определяется по дополнительному договору). Информация с газоанализаторов передается в ДК.
Структурная схема системы приведена на рис. 4.3.
ПК-КРЦ выполняет в системе следующие функции по управлению дорожным движением:
формирование входных массивов информации;
управление дорожными контроллерами по автоматически
выбираемым программам координации, позволяющим в
различное время суток минимизировать задержки транспорта и улучшить условия движения;
выбор программы координации по запросу оператора;
вывод на дисплей графической информации об отдельном
перекрестке для наблюдения транспортной ситуации и предоставления возможности оператору управлять светофорным объектом;
вывод в реальном масштабе времени организации движения
на перекрестке;
вывод в реальном масштабе времени информации о состоянии периферийного оборудования на перекрестке;
207
накопление информации по параметрам транспортных потоков на основании данных от детекторов транспорта;
накопление информации по параметрам воздушной среды
на основании данных от газоанализаторов;
вывод справочной информации о работе системы по запросу оператора (технологические режимы работы системы;
текущее состояние технических средств с выборкой информации по различным реквизитам и т. д.);
вывод справочной информации о привязке системы по запросу оператора (данные о картах выбора программ координации, параметры программ координации);
вывод статистической информации по параметрам транспортных потоков;
формирование и вывод журнала системы, содержащего информацию о режимах работы системы и состоянии периферийного оборудования за выбранный оператором период.
При отключении ПК-КРЦ (или по программе координации)
предусмотрен перевод дорожного контроллера в локальный режим
управления.
На ПК-КРЦ реализованы также функции подсистемы ЭКО по
сбору, первичной обработке информации с газоанализаторов и передаче ее по локальной сети в ПК-ЭКО.
Дисплейный пульт оперативного управления ДПОУ предназначен для диспетчерского управления движением транспорта на
выбранном перекрестке или группе перекрестков и выполняет следующие функции:
диспетчерское управление отдельным перекрестком;
диспетчерское управление группой перекрестков;
набор маршрута «Зеленая улица»;
208
сопровождение по заранее набранному маршруту «Зеленой
улицы»;
сопровождение по произвольному маршруту «Зеленой улицы».
Дисплейный пульт обеспечивает следующие дополнительные
возможности:
процесс управления на фоне карты города в одном из трех
масштабов;
вывод справочной информации о конфигурации перекрестка и предусмотренных на нем направлений движения;
вывод общей информации о работе дорожных контроллеров;
вывод развернутой информации о состоянии дорожных
контроллеров;
вывод служебной строки с обобщенной информацией о работе дорожных контроллеров, на которые отправлены команды управления;
переход на отдельном перекрестке из режима «Зеленой
улицы» в режим диспетчерского управления конкретными
фазами;
вывод справочной информации о функционировании периферийного оборудования и ряда другой информации, необходимой дежурному (список телефонов и т. п.);
вывод на карту города информации о состоянии участков
дорожной сети - ремонтные работы, реконструкция, разрытие и др.;
вывод информации о функционировании постов ГИБДД.
В район управления АСУДД г. Воронежа на 2002 год включено 25 перекрестков светофорных объектов, которые должны быть
оборудованы дорожными контроллерами.
209
Дорожные контроллеры выполняют следующие функции:
управление светофорной сигнализацией;
обеспечение обмена информацией между ЦУП и периферийным оборудованием.
Детекторы транспорта типа ДТ-ИК, применяемые в системе,
предназначены для измерения интенсивности движения транспорта
и фиксируют каждую транспортную единицу (ТЕ), проходящую по
дорожному покрытию в зоне контроля. Погрешность измерения количества ТЕ – не более 5 %. К одному ДК может быть подключено
до 4 детекторов.
Детектор транспорта относится к классу многопараметрических датчиков движения, устанавливаемых вне дорожного полотна,
на определенном расстоянии от контролируемой зоны (сечения дороги). Принцип работы ДТ-подсвет и прием отраженного излучения от движущихся транспортных средств. ДТ обеспечивает обнаружение в контролируемой зоне любых видов транспорта − автомобильного, электротранспорта (троллейбусы, трамваи), железнодорожного (переезды в городе). Основное достоинство ДТ-для его
установки не требуется разрытия дорожного полотна. Как правило,
ДТ устанавливается на дорогах с 4-8 полосами движения (контролировать дороги, имеющие 2-3 полосы движения, детекторами такого класса нерентабельно).
Детекторы подключаются к дорожному контроллеру физической линией связи длиной не более 100 м. Информация с детекторов транспорта ежесекундно передается в ПК-КРЦ и используется
для выбора программы координации в зависимости от интенсивности движения на отдельных направлениях и перекрестках.
Газоанализаторы − датчики содержания вредных веществ в
атмосфере предназначены для измерения процентного содержания
СО, SО2 в воздушной среде городской транспортной сети. Газоана-
210
лизаторы подключаются к ДК физической линией связи длиной не
более 150 м. Информация с газоанализаторов ежесекундно передается с ДК в ПК-КРЦ, а затем в ПК-ЭКО для обработки и формирования справочной информации. На основе данной информации
технологом АСУДД может быть принято решение об изменении
режимов управления как на отдельных перекрестках, так и в целом
по району управления.
В системе осуществляется ежесекундный обмен информации
ПК-КРЦ с каждым дорожным контроллером:
передача команд управления от управляющего ПК на дорожные контроллеры;
прием телесигнализации от ДК о состоянии светофорного
объекта технических средств на каждом перекрестке;
прием телесигнализации от ДК с детекторов транспорта о
вождении каждой транспортной единицы через зоны контроля положения;
прием телесигнализации от ДК с газоанализаторов о состоянии) воздушной среды в зоне контроля.
Длина линии связи – до 15 км. Скорость обмена информацией
составляет 100 бит/с. Ежесекундный обмен информацией между
ЦУП и периферийным оборудованием обеспечивает более надежную работу АСУДД вне зависимости от случайных искажений в
трактах обмена. Наличие полной информации в ЦУП о работе периферийного оборудования АСУДД обеспечивает возможность совершенствования технологии управления дорожным движением
путем разработки нового программного обеспечения.
В АСУДД г. Воронежа в настоящее время используются физические линии связи. В дальнейшем при комплектовании системы
могут быть применены технические средства, позволяющие осуще-
211
ствлять обмен между ПК-КРЦ и дорожными контроллерами по радиоканалу. Дальность связи по радиоканалу - до 10 км.
При развитии системы в ее состав может быть включено автоматизированное рабочее место технолога АСУДД (АРМ-Т) на
базе персонального компьютера с комплексом программ, обеспечивающим автоматизацию основных функций технолога АСУДД.
Блок АРМ-Т представляет собой пакет программ для решения следующих задач:
формирование рациональной схемы организации движения
на перекрестках;
формирование представления произвольной схемы организации;
расчет оптимальной длительности цикла и распределение
длительности фаз;
расчет оптимальной структуры промежуточных тактов;
оценка допустимости конфликтов на перекрестке;
расчет оптимальной длительности цикла на магистрали при
координации управления;
расчет магистрального плана координации.
Блок АРМ-Т имеет в своем составе программу для расчета
программ координации: TRMK. Программу TRMK целесообразно
применять для расчета программ координации для простых магистралей с Преимущественно транзитным движением вдоль всей магистрали. На рабочем месте инженера-технолога возможна установка специальной АСУДД программы «Формирование привязки
для контроллера типа ДКС в Windows», предназначенная для создания привязки для контроллеров типа ДКС-М и ДКС-Д. Программа расширена некоторыми функциями, которые необходимы для
формирования паспортов перекрестков.
212
Программа предназначена для формирования привязки в электронном виде и эксплуатируется проектировщиками АСУДД, а
также специалистами по внедрению и эксплуатации технических
средств управления дорожным движением.
Версия программы ориентирована на применение ДК серии
ДКС-М и ДКС-Д.
Для любого перекрестка (информация по которому хранится в
базе данных) в любой момент времени можно произвести следующие действия:
ввести и скорректировать базовую информацию для формирования привязки для ДКС;
просмотреть на экране компьютера информацию по выбранному перекрестку;
произвести технологический контроль данных для выбранного перекрестка или для всех перекрестков, имеющихся в
базе;
сформировать и распечатать информацию по выбранному
перекрестку на принтере;
сформировать файл привязки для дорожного контроллера;
записать файл привязки в дорожный контроллер (если дорожный контроллер подключен к компьютеру);
составить схемы расстановки оборудования и пофазной организации движения.
Для каждого перекрестка в базе данных хранится информация
следующих типов:
табличная информация о технологических параметрах перекрестка (выводится в виде таблиц с цифровыми и символьными данными);
схема перекрестка, содержащая изображения контура перекрестка и направлений движения по фазам;
213
схема расстановки оборудования на перекрестке.
Система реализует следующие группы технологических алгоритмов:
локальные алгоритмы;
основные алгоритмы;
специальные алгоритмы;
сервисные алгоритмы.
Локальные алгоритмы обеспечивают управление движением
транспорта на локальных перекрестках и реализуются дорожными
контроллерами. В состав локальных алгоритмов входят:
алгоритм желтого мигания;
алгоритм управления по жесткому циклу, резервной программе (РП);
алгоритм местного гибкого регулирования (МГР).
Локальные алгоритмы применяются при значительном удалении отдельных перекрестков основного района управления, при
слабой загрузке дорожно-транспортной сети, а также при выходе из
строя или отключении управляющего компьютера.
Алгоритм желтого мигания (ЖМ) применяется при неисправности светофорного оборудования, например, при перегорании
контролируемых ламп красных сигналов и слабой загрузке дорожно-транспортной сети. Реализуется этот алгоритм путем включения
и выключения желтых сигналов светофорного объекта на 0,5 секунды с частотой 1 Гц.
Алгоритм управления по жесткому циклу применяется как резервный на перекрестках с простой схемой организации движения.
Реализация алгоритма ЖЦ заключается в отработке заранее
заданной программы переключения светофорных сигналов, которая
рассчитывается на основе геометрических параметров перекрестка,
214
параметров транспортных потоков, движущихся через перекресток
и схемы организации движения.
Схема организации движения представляет собой распределение разрешенных направлений движения по фазам.
Управление светофорной сигнализацией проводится на основе
регулируемых направлений, которые состоят из одного или нескольких направлений движения.
Направления движения могут быть объединены в регулируемое направление при выполнении следующих условий:
если направления движения разрешены совместно в одних
и тех же фазах;
если направления движения имеют одинаковую совокупность и длительность сигналов в промежуточных тактах;
если нагрузка по току одновременно включаемых ламп
объединяемых направлений движения не превышает 2,0 А.
Регулируемое направление (по состоянию светофорной сигнализации) имеет зеленый сигнал, красный сигнал, совокупность сигналов при переходе с зеленого на красный (интервал загрузки) и
совокупность сигналов при переходе с красного на зеленый. Совокупность сигналов при переходе с зеленого на красный может содержать следующие сигналы: зеленое мигание, желтый, красный.
Зеленое мигание применяется при регулировании движения
по магистральной улице общегородского или районного значения.
Алгоритм местного гибкого регулирования (МГР) применяется для управления дорожным движением на перекрестках со сложной схемой организации движения при различных уровнях его загрузки. Алгоритм МГР используется при местной коррекции длительностей фаз в режиме координированного управления (КУ) и
как резервный - при отсутствии КУ для локального управления
215
движением транспорта на отдельном перекрестке. Максимальное
количество фаз при МГР равно четырем.
Алгоритм МГР основан на поиске временных разрывов в
транспортном потоке и реализован на базе дорожных контроллеров
в комплекте с детекторами транспорта.
Для функционирования данного алгоритма на входных направлениях перекрестка устанавливаются датчики для определения
факта появления транспортной единицы (ТЕ) над ними. Алгоритм
МГР реализуется следующим образом: в текущей фазе проводится
измерение временных интервалов разрывов ТР между ТЕ, движущимися в данной фазе. При обнаружении разрыва, большего чем
заданный (ТЭК), и при условии стечения минимальной длительности текущей фазы (Tmin) исходит переключение на следующую по
циклу фазу. Если не обнаружен разрыв, то происходит увеличение
длительности ТФ текущей фазы до тех пор, пока не будет обнаружен разрыв, либо пока длительность фазы не достигнет заданного
максимального значения Тmах.
Данный алгоритм является частью алгоритма местной коррекции длительности фаз при координированном управлении. При локальном управлении алгоритм МГР имеет следующие особенности:
при отсутствии заявок от ТЕ во всех фазах осуществляется
переход на управление по резервной программе;
разрешается переход на фазу, по которой поступила заявка
от ТЕ спуском фаз, по которым заявки отсутствуют;
отсчет максимальной длительности текущей фазы начинается с момента поступления заявки на другой фазе;
независимо от разрыва текущая фаза продлевается до поступления по другим фазам.
216
Для определения разрывов в транспортных потоках на входах
перекрестков осуществляется расстановка датчиков детекторов
транспорта согласно проектной документации.
Основные алгоритмы включают в себя:
алгоритм выбора программы координации (ПК) по времени
суток;
алгоритм переходного периода;
алгоритм модификации ПК в зависимости от изменения
скорости и интенсивности движения транспорта;
алгоритм коррекции времени работы модифицированного
ПК;
алгоритм местной коррекции ПК.
Алгоритм выбора ПК по времени суток работает без информации о параметрах транспортных потоков и предназначен для
управления по одной из многих, заранее рассчитанных ПК, автоматически выбираемых по времени суток. Выбор конкретной ПК основан на сравнении текущего времени с данными временными интервалами функционирования ПК. Управление осуществляется по
ПК, номер которой соответствует временному интервалу, в котором находится значение текущего времени.
Алгоритм переходного периода предназначен для согласования фаз контроллеров с плановыми фазами после смены ПК или
после окончания любого из режимов диспетчерского управления, а
также при введении отключенного светофорного объекта в режим
координированного управления.
Если поступила команда на смену ПК, регулирование осуществляется по прежней ПК до ближайшего переключения фаз на любом контроллере. Определяется номер контроллера и номер включаемой фазы, затем момент данной фазы на данном контроллере
принимается за точку отсчета времени в новой ПК. Проводится
217
приведение ПК к полученной точке отсчета, осуществляется переход к регулированию по новой ПК.
Контроллер считается введенным в координацию, если номер
текущей фазы соответствует плановому, и при смене фаз соответствие не нарушается.
Алгоритм местной коррекции ПК позволяет в режиме координированного управления включать алгоритм МГР и заключается в
коррекции длительности фаз в заданных внутри ПК пределах по алгоритму поиска разрыва в транспортном потоке. Алгоритм местной
коррекции плана координации предназначен для итеративного перераспределения длительности фаз в заданных пределах в рамках
текущего плана координации по алгоритму поиска разрывов в
транспортном потоке как с пропуском фаз, так и без пропуска.
Алгоритм местной коррекции ПК заключается в следующем:
1. В конце фазы, длительность которой корректируется, выделяется интервал времени, в течение которого команды с
ЭВМ не поступают и управление осуществляется по алгоритму поиска разрывов в транспортном потоке.
2. При обнаружении разрыва большего, чем заданный, происходит включение на следующую по циклу ПК фазу.
3. Если в течение всего выделенного интервала разрыв, больший заданного, не обнаруживается, то переключение на
следующую по ПК фазу производится командами ЭВМ, поступающими в течение ранее выбранного интервала времени, в течение которого предусматривается коррекция включения следующей фазы. Это время зависит от параметров
ПК (длительности циклов и фаз), разброса значений интенсивности, а также от установок, используемых в алгоритме
МГР.
218
Специальные алгоритмы предназначены для управления движением транспортных потоков или отдельных транспортных
средств в особых условиях. Специальные алгоритмы включают в
себя алгоритм управления маршрутами «Зеленой улицы» и алгоритм обработки запросов на управление перекрестками.
Алгоритм управления маршрутами «Зеленая улица» (ЗУ)
предназначен для обеспечения безостановочного проезда одной
специальной транспортной единицы (СТЕ) или группы СТЕ по заданным маршрутам. С целью сокращения задержек транспорта на
направлениях, конфликтных маршрутам, маршрут ЗУ разбивается
на участки.
Включение маршрута проводится последовательно на участках, входящих в данный маршрут. На каждом из этих участков ЗУ
осуществляется путем одновременного включения заданных фаз на
всех перекрестках данного участка. Включение маршрутов ЗУ проводится с ДПОУ в соответствии с ранее заданной привязкой или по
списку, заданному диспетчером. Отдельные участки могут включать ЗУ по запросу с ВПУ через дорожный контроллер.
В системе предусмотрено включение ЗУ на шестнадцати
маршрутах, каждый маршрут содержит до восьми участков. В участках возможно объединение до четырех перекрестков (дорожных
контроллеров). При реализации запросов на включение ЗУ осуществляется анализ на конфликт. Участки называются конфликтными,
если они содержат хотя бы один общий перекресток, для проезда
через который специальным транспортным единицам необходимы
различные фазы. Запрос на включение участка ЗУ, который содержит хотя бы один ДК, находящийся в режиме ЗУ и входящий в состав другого конфликтного участка, не удовлетворяется. После отключения режима ЗУ осуществляется ввод в режим координированного управления всех ДК, объединенных в данный участок.
219
Все действия оператора при функционировании системы
можно делить на две группы: информационные запросы и управляющие воздействия.
Информационные запросы включают в себя широкий круг запросов оператора по состоянию системы управления и по характеристикам транспортных потоков.
Информация выводится на печатающее устройство и дисплей.
В состав информационных запросов входят следующие:
получение таблиц по режимам функционирования периферийных устройств;
вывод номеров программ координации в подрайоне;
вывод изображения перекрестка с названиями улиц, с разрешенными направлениями движения и текущей фазой;
получение каталога программ координации и карт смены
ПК;
вывод библиотеки ПК.
Управляющие воздействия оператора при функционировании
системы заключаются в изменении режима работы отдельных участков или групп перекрестков. В состав управляющих действий
входят:
переключение перекрестка на режим локального управления;
переключение
перекрестка
на
режим
диспетчерского
управления (непосредственное управление фазами, включение ЖМ, отключение светофоров);
переключение перекрестка на режим координированного
управления;
включение соответствующего плана координации по выбору оператора;
коррекция библиотеки программ координации.
220
К специальным алгоритмам относится алгоритм управления
оперативной печатью. Данный алгоритм осуществляет контроль за
работоспособностью периферийного оборудования, изменением
его режимов и выдачу сообщений о неисправности и изменении
режимов на печать.
Сервисные алгоритмы предназначены для обработки статистической информации, поступающей в процессе подготовки к работе и во время работы системы, и автоматизации процесса расчета
основных параметров управления.
Сервисные алгоритмы работают вне реального масштаба времени. К сервисным алгоритмам относятся:
алгоритм формирования объектных модулей привязки системы;
алгоритм формирования абсолютных модулей привязки
системы;
алгоритм обработки статистических данных о параметрах
транспортного потока;
алгоритм статистических данных о качестве функционирования системы;
алгоритм расчета параметров работы светофорной сигнализации на каждом перекрестке.
Алгоритм функционирования системы следующий. При запуске система начинает отрабатывать алгоритм выбора ПК по времени суток. В процессе его функционирования в течение энного
периода времени производится измерение скорости движения в
районе управления. Анализ изменения скорости осуществляется
алгоритмом коррекции времени работы ПК. Если скорость движения не соответствует заданным в алгоритме значениям, осуществляется запуск алгоритма модификации ПК в соответствии с изменениями скорости движения, и рассчитывается оптимальная дли-
221
тельность функционирования модифицированной ПК (алгоритм
коррекции времени работы ПК).
При переходе на модифицированную ПК отрабатывает алгоритм переходного периода. Управление с помощью модифицированной ПК осуществляется в течение рассчитанного периода времени оптимальной длительности функционирования модифицированной ПК. После этого проводится анализ изменения скорости и
необходимости новой модификации ПК.
Функционирование алгоритмов модификации ПК и коррекции
времени работы модифицированной ПК осуществляется в течение
периода времени, предусмотренного в расписании смены ПК для
основной ПК, выбранной базовым алгоритмом (выбора ПК по времени суток) для данного времени. После перехода на управление с
помощью другой ПК (по времени суток) описанные процессы повторяются.
В настоящее время в городе работает АСУДД, охватывающая
25 перекрестков и реализующая смену планов координации по командам управляющего пункта. При полном развитии АСУДД может охватывать до 96 перекрестков без изменения структуры ЦУП.
Кроме того, развитие АСУДД предусматривает преобразование
существующей подсистемы управления транспортом в подсистему
гибкого управления с использованием детекторов транспорта, а
также внедрения подсистемы ЭКО для осуществления контроля
уровня загазованности воздушной среды города с помощью газоанализаторов.
Целью режима адаптивного управления является оперативный
выбор наиболее оптимального режима работы системы, что позволяет более эффективно и гибко управлять транспортными потоками
на ДТС, входящей в зону действия АСУДД, в соответствии с параметрами транспортного потока. Для обеспечения режима гибкого
222
управления в зависимости от параметров транспортного потока необходимо следующее:
система, управляющая по времени суток с двумя и более
программами координации;
детекторы транспорта (ДТ) для измерения скорости или интенсивности движения (не менее одного ДТ на подрайон
управления);
устройство связи ДТ с линией связи;
программное обеспечение для анализа поступающей информации и выработки решений по модификации программ
координации.
Детектор транспорта (ДТ) - это устройство, автоматически регистрирующее транспортные средства. В системе планируется
применять ДТ с инфракрасным чувствительным элементом
(ДТ-ИК). С помощью таких детекторов может регистрироваться
информация, необходимая для определения характеристик транспортных потоков. Установку ДТ в зависимости от применения
предлагается проводить в два этапа. На первом этапе рекомендуется установить ДТ для измерения интенсивности транспортного потока (ТП). На основании анализа полученной статистики по изменению интенсивности ТП в течение суток будут уточнены места
размещения детекторов скорости. На втором этапе предполагается
установка скоростных ДТ. Детекторы транспорта типа ДТ-ИК, которые предлагается применить в системе, предназначены для измерения интенсивности движения транспорта. Они фиксируют каждую транспортную единицу, проходящую по дорожному покрытию
в зоне контроля. Погрешность измерения количества транспортных
единиц – не более 5 %. Так же возможно использование их в качестве:
223
скоростных ДТ (измерение скорости движения на перегонах);
вызывных ДТ (включение зеленой фазы при наличии запроса и применяется для пропуска отдельных транспортных средств через загруженную магистраль);
ДТ для измерения состава потока (сбор статистических
данных по составу потока в районе управления, с помощью
этих данных определяются интенсивности движения в приведенных единицах).
Детектор транспорта ИК относится к классу многопараметрических датчиков движения, устанавливаемых вне дорожного полотна, на определенном расстоянии от контролируемой зоны (сечения дороги). Принцип работы ДТ - подсвет и прием отраженного
излучения от движущихся транспортных средств. ДТ обеспечивает
обнаружение в контролируемой зоне любых видов транспорта - автомобильного, электротранспорта (троллейбусы, трамваи), железнодорожного (переезды в городе). Основное достоинство ДТ - для
его установки не требуется разрытия дорожного полотна. Как правило, ДТ устанавливается на дорогах с 4-8 полосами движения
(контролировать дороги, имеющие 2-3 полосы движения, детекторами такого класса нерентабельно). Детекторы подключаются к дорожному контроллеру или устройству связи с датчиками (УСД) физической линией связи длиной не более 100 м. Информация с детекторов транспорта ежесекундно передается в ПК-КРЦ и используется для выбора программы координации и зависимости от измеряемых на отдельных напряжениях и перекрестках характеристик
транспортных потоков.
Модификация ПК будет заключаться в умножении длительности цикла и значений времени включения фаз на коэффициент коррекции и, таким образом, изменении длительности фаз и их сдвига.
224
Эффективность режима гибкого управления по параметрам
транспортных потоков в периоды изменения скорости или интенсивности составляет 20-40 % по сравнению с управлением по времени суток.
Развитие АСУДД обеспечивает улучшение следующих показателей:
увеличение пропускной способности магистрали;
сокращение числа остановок и задержек автомобилей и, как
следствие, горючего;
уменьшение загазованности воздушного бассейна;
повышение эффективности эксплуатации транспортных
средств;
упорядочение процесса движения;
обеспечение безопасности участников движения и оптимальной скорости сообщения.
Планируемый срок окупаемости затрат на модернизацию перекрестков АСУДД составляет 1,3 года за счет улучшения технологии управления дорожным движением и контроля параметров
транспортных потоков, а также за счет экономии бензина и уменьшения износа асфальта при упорядочении движения.
C целью своевременного получения информации об экологических показателях воздуха в городе и контроля экологической обстановки на дорожно-транспортной сети была разработана подсистема оперативного анализа состояния окружающей среды ЭКО.
Функции подсистемы:
непрерывный автоматический сбор, обработка и передача в
центр информации об уровне загазованности воздуха в контролируемых зонах;
накопление, анализ и вывод статистических данных о состоянии воздушной среды;
225
графическое отображение на дисплее состояния воздушной
среды всех точках измерения.
Система контроля воздушной среды состоит из стандартной
системы управления дорожным движением, расширенной дополнительным оборудованием периферии и центра.
Центральный управляющий
пункт
КРЦ
АРМ-ЭКО
ДПОУ
Локальная сеть
ДК1
ДК2
ДКn
УС
УС
УС
ГА1
ГА2
ГАn
Дорожно-транспортная сеть
Рис. 4.4. Структурная схема автоматизированной системы
контроля воздушной среды
Условные обозначения:
ДПОУ – дисплейный пульт оперативного управления; КРЦ- контроллер районного центра (управляющая машина); ДПОУ - дисплейный
пульт оперативного управления; АРМ-ЭКО - компьютер для сбора, обработки и хранения данных для экологии;
ДК – дорожный контроллер;
СО – светофорный объект;
ГА – газоанализатор;
УС – устройство согласования ДК с ГА.
К дополнительному оборудованию периферии относится газоанализаторы АНКАТ, подключаемые с помощью автономного уст-
226
ройства или модифицированные блоки контроллера через линии
связи к центру. К дополнительному оборудованию относится
ПЭВМ-АРМ «Экология»
С учетом работающей в г. Воронеже системы управления дорожным движением структура системы приведена на рис. 4.4.
Газоанализаторы «АНКАТ», работающие по принципу электрохимической ячейки, изменяют сопротивление ячейки в соответствии с концентрацией газа. Результирующий код измеряется с помощью АЦП, преобразуется в двоичный код и передается по линии
связи в управляющую машину (КРЦ). КРЦ обеспечивает начальную обработку принятых показаний газоанализаторов, в том числе:
приведения принятых данных в область реальных значений;
усреднение принятых данных;
проверку исправности газоанализаторов в объеме наличия
показаний, исправности тракта связи и т. д.
По окончании периода усреднения КРЦ формирует очередную запись с обработанными данными в файле статистики, а также
передает результаты анализа исправности газоанализаторов по локальной сети в АРМ ЭКО. КРЦ по локальной сети передает на АРМ
ЭКО все файлы с экологической статистикой. Также в КРЦ содержатся сервисные средства, обеспечивающие вывод привязки газоанализаторов и накопленной информации.
АРМ ЭКО работает на отдельном персональном компьютере и
обеспечивает:
анализ принятой усредненной информации на величину загрязнения по следующим границам: ниже уровня безопасности, ниже уровня опасности и выше этого уровня с последующим отображением результатов в зоне размещения
газоанализаторов;
227
поддержку вывода текущей информации (вывод данных о
привязке, текущем состоянии газоанализатора и их показаний и т. д.);
обработку статистической информации по показаниям газоанализаторов;
формирование и вывод журнала системы о режимах работы
системы и газоанализаторов;
вывод справок и статистики на устройство печати.
На основе информации, получаемой от подсистемы ЭКО,
обеспечивается решение следующих задач:
оперативное принятие решений и выдача рекомендаций на
печать или дисплей;
оперативное принятие мер по снижению уровня загазованности;
составление планов использования площадей и планирование движения транспорта;
облегчение работы экспертов при определении базовой нагрузки на производстве;
проверка эффективности местных и региональных профилактических или восстановительных мероприятий по сокращению эмиссионной нагрузки;
определение связи между качеством воздуха и заболеваниями, в особенности дыхательных путей;
уточнение общих запросов относительно жилищных условий определенной зоны;
обеспечение тревожной сигнализации по смогу;
постоянное наблюдение за концентрацией вредных веществ
с учетом метеорологических условий (туман, дождь, инсоляции и т. д.) для проверки основных вероятностных выска-
228
зываний о механизме взаимосвязи между причиной и воздействием.
Все перечисленные задачи могут решаться службой экологии
на основании полученной информации АСУ ЭКО.
К дополнительным преимуществам подсистемы ЭКО можно
отнести низкие расходы на техобслуживание аппаратуры, функционирующей в АСУ ЭКО, а также ограниченные расходы по содержанию персонала благодаря полностью автоматизированному
режиму измерения и (частично) обработки данных.
При дальнейшем развитии системы могут быть расширены
технологические функции системы по координированному управлению, по автоматизации передачи информации подсистемы ЭКО в
муниципальные службы. В систему могут быть дополнительно введены функции по контролю местонахождения патрульных машин
милиции и ГИБДД, по обнаружению угнанных и похищенных автомобилей.
4.3. Информационная система управления ГИБДД
Воронежской области
С увеличением количества транспортных средств растет интенсивность дорожного движения. Существующая в настоящее
время дорожная сеть не справляется со все возрастающими транспортными потоками. Поэтому необходимо совершенствование и
повышения уровня эффективности работы подразделений ГИБДД,
организация эффективного взаимодействия региональных, межрегиональных и федеральных органов ГИБДД для более полного и
оперативного обслуживания населения, своевременного учета ТС,
ДТП, АДП и обеспечение информационного взаимодействия с органами налоговой инспекции, таможенной службы, страховыми
229
компаниями. С каждым годом пропорционально интенсивности
движения возрастает и количество дорожно-транспортных происшествий (ДТП), при устранении последствий которых, а также для
уточнения меры ответственности участников ДТП необходима
своевременная и точная информация о транспортных средствах
(ТС) и их владельцах. Это указывает на необходимость единого
территориально-распределенного хранилища данных, которое позволяло бы в любой точке РФ оперативно получать эту информацию. Кроме того, такая структура позволила бы организовать взаимодействие между региональными страховыми организациями [14,
34, 63, 67].
Одной из таких систем является АСУ ФИС ГИБДД, разработанная и внедренная ЗАО НП «Релэкс». Система эксплуатируется с
1997 года, модернизация проводится постоянно. Система предназначена для сбора и хранения информации о транспортных средствах, дорожно-транспортных происшествиях, учет административных правонарушений (АДП), организация и сбор оперативной информации о ТС, ДТП, АДП в многоуровневой территориальнораспределенной среде. Кроме того, предусмотрена система информационного взаимодействия между страховыми организациями и
органами внутренних дел.
Уникальная инфраструктура механизма интеграции и обмена
данными образует единую информационную среду и позволяет
централизовано управлять всеми процессами синхронизации приложений и обмена данными между ними в рамках системы. В системе реализованы передовые технологии в области интеграции, репликации и обмена данными в распределенной и неоднородной
среде.
230
Управление
ГИБДД
Центральный
сервер БД
Пользователи АСУ ГИБДД
Локальная сеть
Файл сервер
Коммуникационный
сервер
Модемное соединение
или выделенная линия
Отделение
ГИБДД
Коммуникационный
сервер
Локальная сеть
Соединения других
типов
Сервер БД
Пользователи
АСУ ГИБДД
Удаленные
пользователи
АСУ ГИБДД
Рис. 4.5. Типовая техническая конфигурация системы
Система может функционировать в различных аппаратных
платформах и операционных системах в территориально удаленных
структурных подразделениях. Разработанный механизм обмена
данными в территориально-распределенной среде обеспечивает передачу данных при неустойчивой связи с удаленными подразделениями или ее отсутствии, при плохих каналах связи, позволяет
своевременно определять и разрешать различные коллизии в процессе репликации данных, поддерживает различные сетевые протоколы (TCP/IP, HTTP, RAPI). Кроме того, с помощью поддержки
off-line протоколов обеспечивается возможность передачи пакетов
синхронизации по e-mail или на физических носителях. Кроме того,
разработанные механизмы обмена данными предоставляют широ-
231
кие возможности интеграции с унаследованными системами, требующими регламентного обмена данными, а также с новыми системами и подсистемами. Интерфейсы информационной среды системы поддерживают ODBC в качестве одного из интерфейсов к базам данных, обеспечивают наличие мобильных БД и приложений.
С пользовательской точки зрения программное обеспечение
универсально и просто в использовании. Имеется возможность
гибкой настройки системы расписаний, композиции и декомпозиции данных, модификации схемы при передаче данных. Работа с
пользовательскими таблицами предусматривает гибкие настройки
их интерфейса, множество встроенных и пользовательских функций обработки данных.
Техническая конфигурация (рис. 4.5) представляет собой совокупность аппаратных средств, сетевого и системного программного обеспечения, необходимую для функционирования ПК «АСУ
ФИС ГИБДД».
Серверная часть системы и терминалы устанавливаются в каждом отделении ГИБДД. Вся информация, необходимая для выполнения регламентных задач (статистическая отчетность), в установленном порядке посредством сетевых соединений передается в
центральное хранилище данных ГУ ФИС ГИБДД. Терминал – это
компьютер с установленным на нем программным обеспечением,
позволяющим получить доступ к базе данных ПК «АСУ ФИС
ГИБДД». Под сетевым соединением понимается совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих отдельным Пользователям получить доступ к компонентам ПК «АСУ ФИС ГИБДД», а
также пересылать данные между компонентами. Центральное хранилище, или сервер БД, это компонент ПК «АСУ ФИС ГИБДД»,
хранящий оперативные данные АСУ ГИБДД, а также архивные
данных по всем отделениям ГИБДД.
232
Районные отделения ГИБДД
Рабочее место
администратора
Оперативная
БД
Рабочее место
специалиста
Сторонние организации
Налоговые органы
Таможенная служба
Страховые компании
Региональное отделение
ГИБДД
Оперативная
БД
Рабочее место
администратора
Внешние данные
Рабочее место
специалиста
Процедуры загрузки и преобразования данных
ФИС ГИБДД
Метаданные
Центральное
хранилище
данных
ФИС ГИБДД
Многомерная
БД ИАС «Невод»
Архивы
OLAP – сервер
WEB - сервер
Рабочее место
администратора
ГУ ГИБДД
Рабочее место
специалиста
ГУ ГИБДД
Рабочее место
специалиста
ГУ ГИБДД
Пользователи
Рис. 4.6. Функциональная архитектура системы
233
Кроме того, он выполняет запросы, поступающие с терминалов, и связан с серверами БД в отделениях ГИБДД. На этих серверах хранятся данные, необходимые для функционирования системы
в районных или региональных отделениях ГИБДД, а также выполняющие запросы с терминалов.
В настоящий момент информационная система «АСУ
ГИБДД» Воронежской области включает в себя более 60 районных
серверов, расположенных в 39 районах Воронежской области, и
центральный сервер, расположенный в Управлении ГИБДД. Система работает круглосуточно. Сданная в эксплуатацию в 1997 году,
в настоящее время она имеет объем БД (Управления ГИБДД) десятки гигабайт. Ежегодный прирост БД составляет порядка более
500 Мб. Обслуживание системы осуществляется штатными сотрудниками отдела АСУ Управления ГИБДД.
Архитектура и реализация системы.
Ядром системы на региональном и межрегиональном уровне
является структурированное информационное хранилище данных
АСУ ГИБДД, содержащее следующие сведения:
о зарегистрированных транспортных средствах и их владельцах;
дорожно-транспортные происшествия;
о размерах ущерба, причиненного в результате конкретных
дорожно-транспортных происшествий;
нарушения правил дорожного движения;
соответствующие статистические сведения о ТС, ДТП,
АДП;
соответствующие статистические сведения по обязательному страхованию;
234
о заключенных, продленных, недействительных и прекративших свое действие договорах обязательного страхования.
Реализованная таким образом функциональная архитектура
(рис. 4.6) обеспечивает необходимую гибкость, масштабируемость
системы, эффективную работу в многоуровневой территориальнораспределенной среде. Программная архитектура системы (рис. 4.7)
представляет собой модульную многоуровневую территориальнораспределенную структуру, реализованную на технологии «клиентсервер».
Серверная часть системы реализована на СУБД Linter v.5.9,
которая полностью удовлетворяет требованиям к системе и обеспечивает всю необходимую функциональность. Клиентская часть
системы реализована с помощью специализированного инструмента быстрой разработки приложений «Лакуна» (одобренного к применению ФСБ и ВНИИС). Эффективное разделение задач обработки информации между серверной и клиентской частями позволяет
получить высокие показатели производительности.
Выбранные средства проектирования и разработки позволяют
обеспечивать независимость конечного программного продукта от
аппаратных и программных платформ, сетевого оборудования и
конечного окружения, предоставляют интерфейс для работы в многоуровневом территориально-распределенном хранилище данных.
Структура хранилища позволяет снять все количественные ограничения на любые хранимые данные, обеспечивая требуемый уровень
безопасности и конфиденциальности данных системы.
235
Модуль
АДП
Модуль
ДТП
Модуль
ВУ
Модуль
Авто
Модуль
Страхование
Механизм интеграции и обмена данными
Существующее
ПО и офисные
приложения
Территориальнораспределенное
хранилище данных
Рис. 4.7. Программная схема системы
Терминальный уровень системы представляет собой совокупность рабочих мест пользователей. Терминальное место представляет собой компьютер с установленным на нем программным обеспечением, позволяющим получить доступ к базе данных АСУ ФИС
ГИБДД.
Оперативная информация с терминального уровня системы с
помощью механизма интеграции передается на серверы оперативных БД соответствующих региональных и межрегиональных подразделений. Серверы оперативных БД хранят данные, необходимые
для функционирования системы в региональных и районных отделениях ГИБДД, а также выполняющие запросы, поступающие с
мест. Далее информация обрабатывается и передается на федеральный уровень. Ядром системы на федеральном уровне является
структурированное информационное хранилище данных ФИС
ГИБДД, содержащее соответствующие статистические сведения по
обязательному страхованию и по ТС, ДТП, АДП по всем отделениям ГИБДД, а также выполняющее запросы, поступающие с мест. В
236
дальнейшем это хранилище данных может быть использовано как
основа для создания различных аналитических приложений на основе технологии OLAP.
Функционирование системы обеспечивают шесть модулей,
при помощи механизма интеграции взаимодействующие с хранилищем данных, а также с существующим ПО и офисными приложениями:
«Модуль ДТП» обеспечивает ведение информации о ДТП,
виновниках, пострадавших, полученном ущербе и т. д.;
«Модуль АДП» обеспечивает ведение информации о правонарушениях (протоколы, квитанции, акты и т. д.);
«Модуль ВУ» обеспечивает ведение информации о приеме
экзаменов и выдаче водительских удостоверений;
«Модуль «Авто» обеспечивает ведение информации о ТС и
их владельцах;
«Модуль «Страхование» обеспечивает ведение необходимой информации по обязательному страхованию (заключенных, продленных, недействительных и прекративших
свое действие договорах обязательного страхования);
механизм интеграции и обмена данными.
Используемые средства разработки приложений системы позволили предоставить пользователям современный и удобный многооконный графический интерфейс доступа к данным, быстрого
ввода и поиска необходимой информации.
Система проектировалась на основе использования объектной
технологии проектирования и разработки автоматизированных информационных систем с использованием готовых библиотек программных решений в области проектирования и разработки ПО.
Предусмотрена интеграция с уже используемыми прикладными и
офисными приложениями. Решение задач интеграции и обмена
237
данными на всех уровнях обеспечивает механизм интеграции и обмена данными в распределенной среде, разработанный специалистами компании «Релэкс». Для реализации системы, как правило,
достаточно имеющихся аппаратных мощностей подразделений
ГИБДД.
Система адаптируема к изменениям с учетом быстрого развития технологий, изменений рынка и потребностей пользователей,
оптимально использует существующую техническую и аппаратную
архитектуру. Она обеспечивает минимальную стоимость рабочего
места пользователя системы и минимальную совокупную стоимость владения системы.
4.4. Информационная система управления
транспортными потоками
Информационная система управления транспортными потоками (ИСУТП) имеет большое значение для обеспечения безопасности дорожного движения. Она предоставляет всем участникам
управления транспортными потоками и водителям полную и достоверную информацию о состоянии транспортной сети и особенностях движения транспорта в реальном времени.
Работы по созданию и внедрению данных систем проводятся в
большинстве регионов России. Внедрение информационных систем
управления автотранспортными дорогами позволит:
повысить эффективность планирования и управления процессом грузоперевозок;
улучшить качество контроля над осуществлением перевозочной деятельности;
повысить безопасность процесса грузовых и пассажирских
перевозок;
238
сократить сроки доставки грузов до конечного потребителя;
снизить издержки на осуществление грузоперевозок;
обеспечить обмен информацией о транспортных средствах,
грузах при осуществлении перевозок с предприятиями автотранспорта, со смежными железными дорогами, пароходствами, экспедиторами, страховыми компаниями, грузоотправителями, грузополучателями;
сделать прозрачной процедуру доставки грузов.
Информационная система управления транспортными потоками (структура на рис. 4.8) относится к классу геоинформационных. Ее основой является геоинформационный диспетчерский комплекс. Через системы связи (спутниковые, УКВ, сотовые) он обменивается данными с транспортными средствами, через глобальные
сети связан с локальными сетями клиентов (например, АТП) и
чрезвычайными службами, а также с технической службой эксплуатации, ремонта и развития, функцией которой является, в том
числе, и своевременная актуализация базы данных ИСУТП [57, 71,
89, 109, 110].
Транспортное средство, использующее ИСУТП, должно быть
оборудовано аппаратурой связи для обмена данными с диспетчерским центром. Это может быть аппаратура, использующая одну из
существующих сетей сотовой или спутниковой связи. Кроме того,
необходим приемник одной из существующих глобальных систем
определения местоположения (GPS, ГЛОНАСС). Бортовой аппаратно-программный комплекс обеспечивает взаимодействие этих
систем, а также предоставляет водителю полученные данные. Кроме того, он содержит бортовую геоинформационную систему, содержащаяся в которой информация непрерывно актуализируется
геоинформационным диспетчерским комплексом посредством систем связи.
239
Геоинформационный диспетчерский комплекс включает в себя единую базу данных, аппаратный картографический комплекс
отображения местоположения транспортных средств, а также специализированный программный комплекс. База данных является
основой ИСУТП. Она содержит полную, достоверную и непрерывно актуализируемую информацию о сети автомобильных дорог,
включающую в себя как пространственные, так и атрибутивные
данные о дорогах. Именно на БД «опираются» все прикладные программы системы. В единую базу данных поступает разнообразная
информация из различных источников и включает все технические
параметры автомобильных дорог и искусственных сооружений,
финансовые показатели и т. д.
База данных основывается на цифровой карте различного
масштаба (от 1:200000), в которой содержится графическая и табличная информация по дорожной сети, населенным пунктам, гидрографии, границам, растительности и грунтам, рельефу и другим
объектам. Она постоянно обновляется и корректируется по данным
различных источников. Такими источниками служат цифровые
карты более крупного масштаба, данные со спутников и полевых
измерений, различные справочно-аналитические материалы, данные статистики, и др. Актуализация данных по дорогам и сооружениям осуществляется техническими службами эксплуатации, ремонта и развития. Ими проводится паспортизация и диагностика
дорог, весенние и осенние осмотры мостовых сооружений и т. д.
Аппаратный картографический комплекс отображает текущее
местоположение транспортных средств на электронной карте местности, позволяет дистанционно управлять процессом грузоперевозок, своевременно оказывая помощь в случае необходимости.
Специализированный программный комплекс обеспечивает
взаимодействие между картографическим комплексом, единой ба-
240
зой данных и аппаратурой связи. Программное обеспечение современных систем реализуется по модульному принципу. Обеспечивается простота его освоения, использования, развития и привязки к
конкретным условиям применения с возможностью эффективной
работы на различной технической и системной платформе. При
этом программный комплекс может обеспечить решение следующих задач:
создание, редактирование и хранение данных;
поиск, запрос и анализ информации;
пространственный анализ;
решение инженерных, аналитических и транспортных задач;
различные виды моделирования;
организация контроля и учета объектов;
создание картографических, полиграфических и отчетных
материалов;
связь с другими системами;
разработка приложений.
Все перечисленные задачи решаются на основе данных, которые необходимо постоянно обновлять и уточнять. Гибкость и эффективность во многом характеризуется скоростью, корректностью
и удобством внесения изменений в БД.
Система позволяет хранить как предыдущую, так и обновленную информацию, либо делать временные срезы, что позволяет
проследить динамику развития.
Аппаратный картографический комплекс позволяет наглядно
отображать местоположение транспортных средств на электронной
карте, получать и редактировать информацию о состоянии автомобильных дорог, а также прилегающих к ним территорий и сооружений. Совместно с программным комплексом и базой данных он
241
представляет собой геоинформационную систему, предоставляющую полный набор возможностей для управления транспортными
потоками.
Диспетчерский центр
Системы связи
Спутники глобальной системы
определения местоположения
Оборудование
связи
Аппаратный
картографический
комплекс отображения местоположения транспортных средств
Единая БД
Транспортное
средство
Оборудование
связи
Специализированный программный
комплекс
Глобальные сети
Приемники глобальной системы
определения местоположения
Бортовой аппаратнопрограммный комплекс
Локальные сети
клиентов
Техническая
служба эксплуатации,
ремонта и
развития
Рис. 4.8. Структура информационной системы управления
транспортными потоками
242
Просмотр данных и их редактирование включает в себя добавление и удаление слоев, установку условий их отображения (например, не показывать села и поселки при мелком масштабе или
показывать только главные дороги), изменение легенд отображения, просмотр связанных табличных данных и другие операции.
Основные процедуры редактирования данных следующие:
увеличение и уменьшение масштаба карты,
«движение по карте»,
установка масштаба изображения.
В системе реализованы следующие функции поиска и запроса
информации:
поиск объекта по имени и по адресу;
идентификация объекта;
произвольное выделение объектов как по карте, так и по
таблице и получение информации по ним;
получение другой связанной с объектом информации. В
качестве такой информации может быть текстовый документ (например, акт ввода), фото-видео материалы, схемы,
и любая другая имеющаяся информация;
выделение объектов путем построения запросов. Запросы
могут быть самого различного содержания и назначения и
любого уровня вложенности. Например, можно выделить
и отобразить все деревянные мосты, находящиеся в аварийном состоянии на дорогах с интенсивностью движения
более 300 автомобилей в сутки;
получение информации по дороге или участку дороги. Это
подробные сведения о покрытии, наличии искусственных
сооружений, дорожных знаках на выбранном участке
и т. д.;
243
получение детальной информации по искусственным сооружениям.
Любой объект можно указать специальным инструментом
«идентификация» и получить по нему необходимую информацию.
При идентификации моста на экране дисплея появилась информация, соответствующая его владельцу: кто и когда его проектировал,
строил и эксплуатирует в настоящее время, оценка его состояния
и т. д.
Система обеспечивает автоматический поиск любого населенного пункта заданной местности. После того, как он найден, карта
передвигается к его расположению. Или, например, по простому
запросу можно найти и отобразить все мосты какого-либо района.
После поиска карта автоматически центрируется на выбранные сооружения. После этого по данной выборке можно посмотреть более
детальную информацию по любому выделенному объекту, сделать
статистическую обработку данных и т. д. [12, 21, 66].
Пространственный анализ отличается от процедур запроса
возможностью учѐта взаимного расположения объектов. Например,
можно найти и отобразить все участки дороги, требующие ремонта,
находящиеся в непосредственной близости от болот и более двух
часов езды от ближайшей железнодорожной станции. По этой выборке можно решать различные задачи, например, подсчитать количество жителей в таких пунктах и т. д.
Геоинформационная дорожная система позволяет решать различные инженерные задачи, например измерение расстояний, определение площадей, а при наличии дополнительных модулей определение объемов земляных работ, определение уклонов и многое
другое.
Круг решаемых аналитических и транспортных задач системой достаточно широк – от нахождения зон влияния одних объек-
244
тов на другие до расчета численности населения. При наличии дополнительных модулей можно искать оптимальный путь движения,
автоматически составлять путевые листы и схемы транспортной
доступности объектов. Система позволяет моделировать многие
транспортные процессы, связанные с автодорогами. При проведении паспортизации дорог система обеспечивает обработку данных
о любом дорожном объекте, ведения соответствующей БД и еѐ непрерывной актуализации.
Система в автоматическом режиме выявляет общие участки
дорог, дороги с разветвлениями, искажение расстояний и многое
другое. Система позволяет создавать качественные картографические, полиграфические и отчетные материалы. Данные программные модули ускорят процесс их создания и в десятки раз снизят
себестоимость.
Использование стандартных инструментов, развитые средства
экспорта/импорта и непосредственная работа с данными в наиболее
распространенных форматах обеспечивают совместимость ИСУТП
с другими системами и программными комплексами. Как правило,
современные ИСУТП включают достаточно гибкие и эффективные
программные модули, позволяющие пользователям адаптировать
систему к своим специфическим условиям. Большинство ИСУТП
управления автодорогами включают программный модуль ведения
искусственных сооружений, который обеспечивает автоматизацию
всех процессов, связанных с описанием полной и достоверной информации об этих сооружениях. Система позволяет проводить редактирование и распечатку графических и текстовых документов
плана ремонтных работ. С помощью системы можно провести
оценку сооружений по ВСН-4-81, безопасности, долговечности,
грузоподъемности, ремонтопригодности и интегральным показателям. Также система позволяет автоматически создавать стандарт-
245
ные документы первичного учета, такие как паспорт, карточку,
схему, акт осмотра, различные ведомости сооружений и т.д. Кроме
этого в систему включены утилиты различного назначения. Например, комплексной обработки информации, экспорта/импорта данных, связь с другими ИТС и т. д. Информационно-справочная система ИТС позволяет строить запросы и отчеты произвольной формы, проводить статистический анализ и многое другое.
Применение современных информационных технологий в дорожно-транспортном комплексе позволяет существенно повысить
эффективность управления, безопасность движения, облегчить и
автоматизировать работу всех дорожных служб. Информационные
системы управления транспортными потоками входят в повседневную практику для организации четкой работы по взаимодействию
всего дорожного комплекса для обеспечения безопасности и бесперебойности дорожного движения, снижения затрат на производственную деятельность, организации оперативной связи внутри дорожно-транспортного комплекса региона.
Современные ИТС основаны на интеграции и взаимодействии
четырех основных аппаратурных и программных средств [53, 55,
57]:
аппаратуры автоматического определения текущего местоположения автотранспортных средств на основе спутниковой навигации;
радиоканала обмена цифровой и речевой информацией между автомобилем и центром диспетчеризации;
программно-картографических средств визуализации пространственно-временной информации о развитии транспортно-технологического процесса;
средств оперативного реагирования - донесения управляющей и тревожной информации до всех субъектов системы
246
управления (водителей автотранспортных средств, радиооператоров центров диспетчеризации и др.).
Информационные транспортные системы предназначены для
обеспечения комплексной автоматизации и компьютеризации
управления транспортно-технологическими процессами в масштабах автотранспортных предприятий, дорожно-транспортных комплексов городов, регионов, отдельных стран и континентов. Основными задачами региональных ИТС являются управление дорожным движением, эксплуатация дорожной сети, управление перевозками. Развитие новой отрасли интеллектуальных транспортных систем ITS происходит благодаря интеграционным процессам
в рамках спутниковой навигации, телекоммуникаций и информатики. Развитие и распространение ITS за рубежом в последние 15 лет
привело к формированию трех центров управления процессом создания индустрии технических средств транспортных информационно-управляющих систем XXI века:
в Западной Европе – под руководством организации
ERTICO ITS Europe;
в Северной Америке (США и Канада) – под руководством
ассоциации ITS America;
в Японии – под руководством общества VERTIS.
Эти учреждения объединяют представителей промышленности, науки и правительственных (межправительственных) органов
и финансируются как частным сектором экономики, так и госбюджетом.
Созданы Ассоциации по продвижению национальных систем
ITS в США, Соединенном Королевстве, Франции, Италии, Голландии, Бельгии, Швеции, Чехословакии, Румынии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Успешное внедрение информационных управляющих систем
на предприятиях зависит от развитой информационной инфраструктуры и обученных специалистов. Их квалификация должна
включать в себя вопросы создания, внедрения и эксплуатации информационных систем управления транспортом. Программа специальности «Организация и безопасность движения» позволяет подготовить специалистов, способных решать эти задачи. Они могут
успешно выполнять свои функции и на автономно функционирующих системах управления автотранспортом, уже имеющихся на
многих предприятиях.
Успешное внедрение информационных управляющих систем
на предприятиях зависит от развитой информационной инфраструктуры и обученных специалистов. Их квалификация должна
включать в себя вопросы создания, внедрения и эксплуатации информационных систем управления транспортом. Они могут успешно выполнять свои функции и на автономно функционирующих
системах управления автотранспортом, уже имеющихся на многих
предприятиях.
Но наибольшая эффективность работы инженеров специальности ОБД может быть достигнута только в рамках общегосударственной программы внедрения системы организационных, нормативно-методических и технических мероприятий, что уже в городском и региональном масштабе. Подобные проекты невозможны
без федеральной поддержки.
247
248
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Абушенко, Н. А. Опыт и перспективы организации оперативного спутникового мониторинга территории России в целях
службы пожароохраны лесов [Текст] / Н. А. Абушенко, А. Б.
Барталев // Сб. Исследование Земли из космоса. – 1998. – № 3. –
C. 89-95.
2. Алиев, Т. М. Системы отображения информации [Текст] / Т. М.
Алиев, Д. И. Вигдоров, В. Т. Кривошеев. – М. : Высш. шк.,
1988. – 221 с.
3. Андерсон, В. Н. Геоинформационное моделирование к новой
методологической парадигме [Текст] / В. Н. Андерсон // Изв.
РАН. – 1996. – № 2. – С. 124-130 (Серия географическая).
4. Антикин, А. С. О моделях взаимодействия предприятийпроизводителей, предприятий-потребителей и транспортной
системы [Текст] / А. С. Антикин // Автоматика и телемеханика,
– 1989. – № 10. – С. 105-113.
5. Арцыбашев, Е. С. Применение спутниковой информации в охране леса от пожаров. Практические рекомендации / Е. С. Арцыбашев, М. Н. Власов. – Л. : ЛенНИИЛХ, 1986. – 27 с.
6. Атре, Ш. Структурный подход к организации баз данных [Текст] / Ш. Атре. – М. : Финансы и статистика,
1983. – 320 с.
7. Багриновский, К. А. Интеллектная система в отраслевом планировании [Текст] / К. А. Багриновский, В. В. Логвинец. – М. :
Наука, 1989. – 136 с.
8. Барабанов, В. В. Применение CALS-технологий для создания
средств информационной поддержки процессов обеспечения
качества продукции [Текст] / В. В. Барабанов, Е. Н. Ковалева,
В. И. Свирин, Е. Д. Судов // Проблемы продвижения продукций
и технологий на внешний рынок. Специальный выпуск. – 1997.
– С. 38-40.
9. Барталев, С. А. Разработка ГИС мониторинга лесных пожаров
России на основе ArcView CIS 3.0 и глобальной сети Internet.
ARC ReView / С. А. Барталев, Г. Н. Коровин // Современные
геоинформационные технологии. – 1998. – № 1. – С. 6-7.
10. Бережной, В. И. Международные автомобильные перевозки.
Анализ и перспективы развития [Текст] / В. И. Бережной, И. И.
Заметалин. – Ставрополь : Интеллект-Сервис, 1997. – 112 с.
1.
249
11. Берзин, Е. А. Оптимальное распределение ресурсов и теория
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
игр [Текст] / Е. А. Берзин. – М. : Радио и связь, 1983. – 216 с.
Берлянт, А. М. Геоинформационное картографирование
[Текст] : монография / А. М. Берлянт. − М. : Геоизд., 1997. –
64 с.
Берлянт, А. М. Виртуальные геоизображения [Текст] : монография / А. М. Берлянт. − М. : Научный мир, 2001. – 52 с.
Богачев, В. М. Системы контроля управления и связи в дорожном хозяйстве [Текст] : учебник / В. М. Богачев, О. П. Гуджоян.
– М. : МАДИ, 1997. – 142 с.
Бойко, В. В. Проектирование баз данных информационных систем [Текст] / В. В. Бойко, В. М. Савинков. – М. :
Финансы и статистика, 1989. – 351 с.
Брахман, Т. Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в
технике [Текст] / Т. Р. Брахман. – М. : Радио и связь, 1984. –
288 с.
Брябрин, В. М. Программное обеспечение персональных ЭВМ / В. М. Брябрин. – М. : Hаука, 1989. – 120 с.
Бурков, В. Н. Механизмы функционирования организационных
систем [Текст] / В. Н. Бурков, В. В. Кондратьев. – М. : Наука,
1981. – 383 с.
Бусленко, Н. П. Моделирование сложных систем [Текст] / Н. П.
Бусленко. – М. : Наука, 1978. – 400 с.
Вадихин, В. В. Конкурентная разведка в Internet [Текст] / В. В.
Вадихин, О. В. Вадихина. – М. : ДМК-Пресс, 2002, – 189 с.
Важенин, Н. Интегрированная информационная система ФДС
России : создание и развитие [Текст] / Н. Важенин, Н. Диканский, А. Ляпин // Connect! Мир связи, 1999, № 5. – С. 106-108.
Важенин, Н. Принципы построения информационнотелекоммуникационных систем обеспечения безопасности дорожного движения [Текст] / Н. Важенин, В. Шигаров, О. Смирнов // Connect! Мир связи. – 1999, № 5. – С. 120-123
Вельможин, А.В. Технология организации и управление грузовыми автомобильными перевозками [Текст] : учеб. для вузов /
А.В. Вельможин, В.А. Гудков, Л.Б. Миротин; Волгоград: Волгоград. гос. техн. ун-т. – 1999. – 296 с.
Власов, В.М. Автоматизированные спутниковые радионавигационные системы на наземном транспорте [Текст] / В.М. Власов // Connect! Мир связи. – 1999. – № 4. – С. 42- 44.
250
25. Власов, В.М. Опыт применения спутниковой навигации для
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
диспетчерского управления городским пассажирским транспортом в городе Краснодаре [Текст] / В.М. Власов, Е.А. Кравченко, Г.Д. Линник // Прогресс транспортных средств и систем:
материалы международной научно-практической конференции;
Волгоград. гос. техн. ун-т. Волгоград, 1999. – С. 53-54.
Власов, В.М. Применение телекоммуникационных технологий
в системе оперативного управления транспортом [Текст] / В.М.
Власов // Актуальные проблемы дорожно-строительного комплекса России : материалы Всероссийской научно-технической
конференции; КубГТУ. – Краснодар, 1999. – С. 53-54
Ганьжа, Д.А. Маршрутизаторы в распределенных сетях / Д.А.
Ганьжа. – СПб : Питер, 1999. – 237с.
Гольц, Г. Рабочие станции и информационные сети / Г. Гольц –
М. : Машиностроение, 1990. – 210 с.
Горев, А. Эффективная работа с СУБД / А. Горев, Р.
Ахаян, С. Макашарипов – СПб. : Питер, 1997. – 704 с.
Гук, М. Аппаратные средства IBM PC / М. Гук. – СПб. : Питер,
2000. – 134 с.
Давыдов, А.Н. Применение расширенной идеологии IDEF для
анализа и реинжиниринга бизнес-процессов в производственных и организационных системах [Текст] / А.Н. Давыдов, Е.В.
Судов, О.В. Якунина // Проблемы продвижения продукций и
технологий на внешний рынок: специальный выпуск. – М. :
1997. – С. 23-27.
Давыдов, А.Н., CALS-технологии или информационная поддержка жизненного цикла продукта [Текст] / А.Н. Давыдов,
В.В. Барабанов, Е.В. Судов, В.Г. Подколзин // Проблемы продвижения продукций и технологий на внешний рынок: спец.
выпуск. – – М. : 1998. – С. 27-31.
Дейт, К. Дж. Введение в системы баз данных [Текст] :
[пер. с англ.] / К. Дж. Дейт. – М. : Наука, 1980. – 203 с.
Дейт, К. Дж. Введение в системы баз данных [Текст] :
[Пер. с англ.] / К. Дж. Дейт. – М. : Диалектика, 1998. –
784 с.
Джексон, Г. Проектирование реляционных баз да нных
для использования с микроЭВМ [Текст] : [Пер. с англ.] /
Г. Джексон. – М. : Мир, 1991. – 252 с.
251
36. Диго, С.М. Проектирование и использования баз да н-
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
ных. / С.М. Диго. – М. : Финансы и статистика, 1995 –
189 с.
Дмитров, В.И. CALS как основа для проектирования виртуальных предприятий [Текст] / В.И. Дмитров // Автоматизация проектирования. – 1997. – № 5. – С. 6-7.
Дмитров, В.И. К вопросу о государственной стратегии России в
области CALS-технологий [Текст] / В.И. Дмитров // Информационные технологии. – 1996. – № 5. – С. 5-8.
Дмитров, В.И. Компьютерная поддержка непрерывных поставок и жизненного цикла продукции – основа обеспечения конкурентоспособности государств в XXI веке [Текст] / В.И.
Дмитров // Вестник машиностроения – 1996. – № 4. – С. 34-37.
Дмитров, В.И. Опыт внедрения CALS за рубежом [Текст] / В.И.
Дмитров // Автоматизация проектирования. – 1997. – №1. – С.
2-9.
Дмитров, В.И. CALS-стандарты [Текст] / В.И. Дмитров Ю.М.
Макаренков // Автоматизация проектирования. – 1997. – №2. –
С. 3-9.
Дубов, Ю.Я. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем [Текст] / Ю.Я. Дубов, С.И. Травкин,
В.Н. Якимец. – М. : Наука. – 1986. – 296 с.
Епанешников, A.M. Программирование в среде Delphi
2.0 [Текст] : учеб. пособие / A.M. Епанешников. – Уфа:
УГАТУ, 2004. – 133 с.
Родкина, Т.А. Информационная логистика. / Т.А. Родкина – М.
: Экзамен, 2001. – 120с.
Зиндер, Е.З. Бизнес-реинжиниринг и технологии системного
проектирования [Текст] : учеб. Пособие / Е.З. Зиндер. – М. :
Центр информационных технологий. – 1996. – 124 с.
Кабанов, А.Г. CALS-технологии для военной продукции
[Текст] / А.Г. Кабанов, А.Н. Давыдов, В.В. Барабанов, Е.В. Судов // Стандарты и качество. – 2000. – № 3. – С. 33-38.
Кириллов, В.В. Структуризованный язык запросов
(SQL). / В.В. Кириллов – СПб. : ИТМО, 1994. – 80с.
Ковалерчик, И.А. Введение в АТМ / И.А. Ковалерчик. – М.:
Мир, 2001. – 500 с.
252
49. Когловский, М.Р. Технология баз данных на персональ-
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
ных ЭВМ / М.Р. Когловский. – М. : Финансы и статистика, 1992. – 213 с.
Колановский, М.П. Вычислительные комплексы и системы /
М.П. Колановский. – Воронеж : Научная книга, 2005. – 184 с.
Компьютерно-интегрированные
производства
и
CALSтехнологии в машиностроении [Текст] / под ред. д-ра техн. наук, проф. Б.И. Черпакова. – М. : ГУП «ВИМИ», 1999. – 512 с.
Кондауров, Н.С. Основные положения концепции построения
информационной системы контроля и охраны леса./ Н.С. Кондауров, О.А. Харин // Сб. Научные труды МЛТИ. – М. : 1991. –
Вып. 242. – С. 5-13
Коноплянко, В.И. Системы информатизации в дорожном движении [Текст] / В.И. Коноплянко, А.Ф. Мельников, А.В. Косолапов. М. : МАДИ, 1991. – 59 с.
Кофман, А. Методы и модели исследования операций. Целочисленное программирование [Текст]: [пер. с фр.] / А.Кофман,
А. Анри-Лабордер. – М. : Мир, 1977. – 432 с.
Кочерга, В.Г. Интеллектуальные транспортные системы в дорожном движении [Текст] : учеб. пособие / В.Г. Кочерга, В.В.
Зырянов, В.И. Коноплянко; Рост. гос. строит. ун-т. – Ростов н/Д
: 2001. – 112 с.
Кочерга, В.Г. Исследование транспортных потоков с помощью
динамической пространственно-временной сетевой модели
[Текст] / В.Г. Кочерга, В.В. Зырянов // «Строительство – 2000»:
материалы международной НПК / РГСУ. – Ростов н/Д, 2000. –
С. 15-16.
Кошелев, Л.Г. Автоматизированная система управления на молочном предприятии [Текст] / Л.Г. Кошелев. – М. : Агрономиздат, 1989. – 240 с.
Кошкарев, А.В. Геоинформатика [Текст] / А.В. Кошкарев, В.С.
Тикунов. М. : Картгеоцентр-Геодезиздат, 1993. – 213 с.
Кравец, О.Я. Сети ЭВМ и телекоммуникации: структура и организация [Текст] : учебное пособие / О.Я. Кравец; Междунар.
ин-т компьютерных технологий. – Воронеж, 2005. – 126 с.
Кравец, О.Я. Вычислительные комплексы и системы: архитектура, конвейеризация, параллелизм [Текст] : учеб. пособие /
О.Я. Кравец, Е.С. Подвальный, Р.А. Хисамутдинов.– Воронеж :
Изд-во «Научная книга», 2005. – 184 с.
253
61. Кравец, О.Я. Вычислительные комплексы и системы: компо-
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71.
ненты, технологии, реализация [Текст] : учеб. пособие / О.Я.
Кравец, Е.С. Подвальный, Р.А. Хисамутдинов. – Воронеж :
Изд-во «Научная книга», 2005. – 178 с.
Кравец, О.Я. Сети ЭВМ и телекоммуникации: исследовательский практикум : учебное пособие / О.Я. Кравец. – Воронеж:
Междунар. ин-т компьютерных технологий, 2005. – 116 с.
Кравцова, В.И. ГИС «Гляциология»: подсистема «Лавины» /
В.И. Кравцова, Л.А. Канаев // – Сборник научных трудов МГИ.
– М. : Сб. науч. тр. / МГИ, 1990, вып.70, с.150-152.
Кременец, Ю.А. Технические средства организации дорожного
движения [Текст] : Учебник для вузов / Ю.А. Кременец. М.П.
Печерский. М.Б. Афанасьев. – М. : ИКЦ «Академкнига», 2005.
– 279 с.
Кульгин, М.А. Технологии корпоративных сетей / М.А. Кульгин. – СПб : Питер, 2002. – 704 с.
Купцова, А.В. Создана и работает ГИС Кабардино-Балкарской
республики. Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации
[Текст] / А.В. Купцова, В.В. Перекрест – М. : 1996, № 3(5). –
С.24-25.
Левин, А.И. CALS – сопровождение жизненного цикла [Текст] /
А.И. Левин, Е.В. Судов // Открытые системы. – 2001. – № 5. –
С. 12-19.
Луканан, В.Н., Автотранспортные потоки и окружающая среда
[Текст] / В.Н. Луканан, А.П. Буслаев. – М. : ИНФА, – 2001. –
646 с.
Лурье, И.К. Основы геоинформатики и создание ГИС. Дистанционное зондирование и географические информационные системы [Текст] / И.К. Лурье. – М. : ООО «ИНЭКС-92», 2002. –
140 с.
Львович, И.Я. Геоинформационные системы [Текст] : учеб. пособие / И.Я. Львович, Т.А. Некравцева, Т.В. Корелина. – Изд.
«Научная книга». – Воронеж, 2004. – 128 с.
Маркин, Ю.П. Автоматизированная система управления предприятиями молочной промышленности [Текст] : учеб. пособие /
Ю.П. Маркин, Е.В. Семенов, Н.П. Лапшин. – М.: Пищ. пром.сть, 1977. – 211 с.
254
72. Мартин, Дж. Организация баз данных в вычислитель-
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
ных системах : [пер. с англ.] / Дж. Мартин. – М : Мир,
1990. – 660 с.
Мартыненко, А. И. Основы ГИС. Теория и практика [Текст] :
монография / А.И. Мартыненко, Ю.Л. Бугаевский, С.Н. Шибалов: – М. : изд. «Наука», 1995. – 232 с.
Матчо, Д. Delphi [Текст] : [пер. с англ.] / Д. Матчо,
Д.Фолкнер. – М. : Бином, 1995. – 215 с.
Мейер, М. Теория реляционных баз данных / М. Мейер.
– М. : Мир, 1987. – 608 с.
Моисеенко, Г.Е. Модель планирования перевозок на уровне
транспортного предприятия [Текст] / Г.Е. Моисеенко // Моделирование и оптимизация сложных систем управления. – М. :
1981. – № 2. – С.153-160.
Николаев, В.И. Системотехника: методы и приложения [Текст] /
В.И. Николаев, В.М. Брук ; Л. : Машиностр.-е, – 1985. – 199 с.
Николаев, А.Б. Автоматизированные системы обработки информации и управления на автомобильном транспорте [Текст] /
А.Б. Николаев, С.В. Алексахин, И.А. Кузнецов – М. : Издательский центр «Академия», 2003. – 224 с.
Норенков, И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологий [Текст] : монография / И.П. Норенков,
П.К. Кузмик. – Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана. – М. : 2002. – 320
с.
Нортон, П. Персональный компьютер : Аппаратнопрограммная организация [Текст] : [пер. с англ.] / П. Нортон,
Дж. Гудман. – СПб : BHV, 2004. – 315 с.
Подиновский, В.В. Оптимизация по последовательно применяемым критериям [Текст] / В.В. Подиновский, В.М. Гаврилов.
– М. : Сов.радио, 1975. – 192 с.
Поспелов, Г.С. Процедуры и алгоритмы формирования комплексных программ [Текст] / Г.С. Поспелов, В.А. Ириков, А.Е
Курилов. – М. : Наука, 1985. – 425 с.
Приискалов, А.В. КАС: управление автомобильными дорогами
области [Текст] / А.В. Приискалов // Connect! Мир связи. –
1999. – № 5. – С. 7-8.
Сербулов, Ю.С. Геоинформационные технологии [Текст] :
учеб. пособие / Ю.С. Сербулов; ВГУ – Воронеж ; 2005. – 140 с.
255
85. Сербулов, Ю.С. Машинное моделирования графика поставок
86.
87.
88.
89.
90.
91.
92.
93.
94.
95.
96.
молочного сырья [Текст] / Ю.С. Сербулов, С.П. Арбузов, А.Н.
Пономарев // Математическое и машинное моделирование: тез.
докл. Всесоюз. науч. конф. / ВТИ. – Воронеж, 1991. – С. 161.
Сербулов, Ю.С. Модель оптимизации трехуровневой системы
управления поставки молочного сырья [Текст] / Ю.С.Сербулов
// Понтрягинские чтения-IV: тез. докл. шк. / Воронеж: изд. ВГУ,
– 1993. – 169 с.
Сербулов, Ю.С. Особенности принятия решений при оперативном управлении процессом поставки сырья молочных производств [Текст] / Ю.С. Сербулов, С.П. Арбузов, А.Н. Пономарев
// Выбор и принятие решений в САПР: межвуз. сб. науч.тр. /
ВТИ, – Воронеж, 1989. – С. 122-124.
Сербулов, Ю.С. Проблемные вопросы принятия решения и
управления в задачах выбора и распределения ресурсов технологических систем [Текст] / Ю.С. Сербулов // Информационные
технологии и системы. – Воронеж,1998. – Вып. 2. – С. 143-144.
Системное проектирование интегрированных производственных комплексов / под общ. ред. В.М. Пономарева. – Л. : Машиностроение, 1986. – 319 с.
Скворцов, О. ФДС России: информатизация и связь в дорожной
отрасли [Текст] / О.Скворцов, Н. Важенин, А. Волковский //
Connect! Мир связи. – 1999. – № 5. – С. 102-105.
Советов, Б.Я. Моделирование систем [Текст] / Б.Я. Советов,
С.А. Яковлев ; Высш. шк. – М., 1985. – 271 с.
Судов, Е.В. CALS-технологии или информационная поддержка
жизненного цикла изделия [Текст] / Е.В. Судов // PCWeek/RE, –
1998. – № 45 (169) (17-23 ноября). – С. 15.
Судов, Е.В. Интегрированная поддержка жизненного цикла
машиностроительной продукции. Принципы. Технологии. Методы. [Текст] : монография / Е.В. Судов : М. : ООО Издательский дом «МВМ», 2003. – 264 с.
Судов, Е.В. Информационная поддержка жизненного цикла
продукта [Текст] / Е.В. Судов // PC WEEK, – 1998. – № 45. – С.
15.
Сунчелей, И.Е. Кадры Ethernet [Текст] / И.Е. Сунчелей – М. :
Высш. шк., 1997. – 475 с.
Таненбаум, Э. Многоуровневая организация ЭВМ [Текст] / Э.
Таненбаум. – М. : Мир, 1999. 547с.
256
97. Тельман, Дж. Основы систем баз данных. [Текст] / Дж.
Тельман. М. : Финансы и статистика, 1983. – 156 с.
98. Тиори, Т. Проектирование структур баз данных [Текст] /
Т. Тиори, Дж. Фрай. – М. : Мир, 1985. – 287 с.
99. Урманов, И. Система оперативного управления состоянием автодорог ФДС России [Текст] / И. Урманов, Н. Секачева, А. Ткаченко // Connect! Мир связи. – 1999. – № 5. – С. 114-116.
100. Харин, В.Н. Проектирование компонентов защиты данных в
реляционной СУБД на основе CАSE – технологий [Текст] : монография / В.Н. Харин, И.А. Бойченко, В.Г. Сарайкин ; Московский гос. университет леса. – М., 2002. – 132 с.
101. Хомоненко, А.Д. Базы данных [Текст] : учеб. для вузов / А.Д.
Хомоненко, В.М. Цыганков, М.Г. Мальцев; СПб.: КОРОНА
принт, 2002. – 627 с.
102. Храмцов П.Б. Основы web-технологий. Курс лекций [Текст] /
П.Б. Храмцов, С.А. Брик, А.М. Русак. – Интернет-Университет
Информационных Технологий, 2003. – 153 с.
103. Цветков, В.Я. Геоинформационное моделирование [Текст] /
В.Я. Цветков // Информационные технологии. – 1999. – Вып.
3. – С. 23-34.
104. Цветков, В.Я. Геоинформационные системы и технологии
[Текст] / В.Я. Цветков // Финансы и статистика. – 1998. – С.
230-263.
105. Цвики, Э. Создание защиты в Интернете [Текст] / Э. Цвики, С.
Купер, Б. Чапмен ; Символ-Плюс. – СПб., 2002. – 928 с.
106. Цвиркун, А.Д. Имитационное моделирование в задачах синтеза
структуры сложных систем (оптимизационно-имитационный
подход) [Текст] / А.Д. Цвиркун, В.К. Акинфиев, В.А. Филиппов. – М. : Наука,1985. – 174 с.
107. Цикритизис, Д. Модели данных [Текст] / Д. Цикритизис,
Ф.Лоховски. – М. : Финансы и статистика, 1985. – 344
с.
108. Черкасов, О.Н. Средства автоматизации управления автотранспортными предприятиями и информационные транспортные
системы: монография [Текст] / О.Н. Черкасов, В.Е. Межов,
Ю.С. Сербулов – Воронеж: Воронежский государственный университет, 2006. – 257 с.
257
109. Черных, В.Л. Автоматизированные системы в лесном хозяйстве
[Текст] : учеб. пособие / В.Л. Черных. – Йошкар-Ола : МарГТУ,
1995. – 135 с.
110. Черных, В.Л. Информационные технологии в лесном хозяйстве
[Текст] : учеб. пособие. / В.Л. Черных, В.В. Сысуев – ЙошкарОла : МарГТУ, 2001. – 378 с.
111. Шайтура, С.В. Обзор технологий создания геоинформационной
продукции [Текст] / С.В. Шайтура // Информационные технологии. – 2001. – Вып. 9. – С. 27-32.
112. Шалумов, А.С. Введение в CALS-технологии [Текст] : учеб. пособие / А.С. Шалумов, С.И. Никишкин, В.Н. Носков. – Ковров :
КГТА, 2002. – 137с.
113. Шафрин, Ю.А. Основы компьютерной технологии /
Ю.А. Шафрин. – М. : Диалог, 1998. – 120 с.
114. Шильников, П.С. Система электронной документации CALS –
реальное воплощение виртуального мира [Текст] / П.С. Шильников, М.В. Овсянников // САПР и Графика, – 1997. – № 8. – С.
89-92.
115. Шильников, П.С. Глава семьи информационных CALSстандартов - ISO 10303 STEP [Текст] / П.С. Шильников, М.В.
Овсянников // САПР и Графика, – 1997. – № 11. – С. 76-82.
116. Шильников, П.С. Как нам реализовать STEP [Текст] / П.С.
Шильников, М.В. Овсянников // САПР и Графика, – 1998. –
№7. – С. 11-15
117. Шумаков, П. В. Delphi 3.0 и создание баз данных
[Текст] / П.В. Шумаков. – М. : Диалог, 1997. – 232 с.
118. Ярославский, Л.Т. Цифровая обработка сигналов в оптике и голографии / Л.Т. Ярославский – М. : Радио и связь, 1987. – 296 с.
119. Bergan, A.T. Keep on trucking. Safer commercial traffic with ITS /
A.T. Bergan // Traffic technology international.Annual Review. 1998, - p.p. 239-242.
120. Chin-Ping Chang E., Ho K.K., Lin Kuo-Wei. Integrated freeway
management in Taiwan. / A.T. Bergan, W.B. Taylor, R. Bushman //
Traffic technology international. - 1996. - Oct/Nov. - p.p. 42-46.
121. Herremans, R. Hide and speak. Using communication to improve
enforcement - the Dutch approach /R. Herremans, E. Stelt // Traffic
technology in-ternational. - 1998. - Feb/Mar. - p.p. 99-104.
258
122. Miles, J. Urban traffic control meets Intelligent Transportation Sys-
tem / J. Miles // Traffic technology international. Annual Review. 1998, - p.p. 44-48.
123. Nutall, I. In search of harmonious exchange / I. Nutall // Traffic
technology in-ternational. - 1997. - Feb/Mar. - p.p. 41-43.
124. Nuttal, I. Open for business / I. Nuttal // Traffic technology international. - Dec98/Jan99. - p.p. 32-36.
125. Reichart, G. Driver assistance. Concepts for the future of individual
mobility / G. Reichart // Traffic technology international. Annual
Review. - 1997, p.p. 86-89.
126. Schatz, P. COMPANION for the road /P. Schatz // Traffic technology interna-tional. - 1998. - April/May. - p.p. 103-106.
127. Leuthold, H. Visualization and analysis of the Swiss avalanche bulletin using GIS / H. Leuthold, B. Allgower, R. Meister // Proceedings of the International Snow Science Workshop. - 1996, p.p. 3540
128. Lied, K. Calculation of maximum snow-avalanche run-out distance
by use of digital terrain models / K. Lied, R.Toppe // Annals of Glaciology. - 2001. - № 13. − p.p. 164-169.
129. Pertziger, F. 1998. Using of GIS technology for avalanche hazard
mapping, scale 1:10 000 / F.Pertziger // Oslo: NGI/ - pub. Nr.203.
p.p. 210-214.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
20
Размер файла
2 336 Кб
Теги
участников, аникев, движение, обеспечение, информационные, процесс, дорожного, связи, транспортной
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа