CC BY
196
Концепция построения единого информационного пространства интеллектуальной мультимодальной транспортной системы
А.Ю. Иванов,
д-р техн. наук, профессор Санкт-Петербургского государственного морского технического университета
В. И. Комашинский,
д-р техн. наук, доцент, зам. директора по научной работе Института проблем транспорта им. Н. С. Соломенко РАН (ИПТ РАН)
И. Г. Малыгин,
д-р техн. наук, профессор, директор ФГБУН ИПТ РАН
в статье представлена концепция построения единого информационного пространства интеллектуальной мультимодальной транспортной системы. предложен общий подход к формированию информационного пространства как совокупности информационных ресурсов транспортных мод (железнодорожной, автомобильной, авиационной и водной).
Сегодня в России развитие транспортной сферы требует реализации интенсивных подходов, связанных с интеллектуализацией ее организации. Это позволит обеспечить более полное использование ресурсов транспортной инфраструктуры, а значит, приведет к расширению спектра транспортных услуг с одновременным повышением их качества. Для реализации указанного направления создается интеллектуальная мультимо-дальная транспортная система (ИМТС) как симбиоз технологий двух видов: транспортных и инфотелекоммуника-ционных [1]. Предполагается, что основной функционал ИМТС будет связан с непрерывным автоматизированным управлением разнородной транспортной инфраструктурой, разнохарактерными транспортными потоками и муль-тимодальными перевозками пассажиров и грузов. В число ключевых элементов ИМТС [1] входит информационная подсистема, обеспечивающая решение прикладных транспортных задач.
общий подход к формированию единого информационного пространства имтс
Информационный базис для решения задач управления в ИМТС представляется в виде интегрированного образования, понимаемого как единое информационное пространство (ЕИП) ИМТС. Его особенности определяются спецификой предметной области, выражаемой следующими факторами:
• динамичностью транспортной сферы, что проявляется изменяемостью
ее структуры (в течение относительно длительного периода) и состояния (в каждый момент времени);
• многочисленными и многообразными источниками информации о состоянии управляемых объектов (транспортных средств, объектов транспортной инфраструктуры, протекающих процессах и т. п.);
• децентрализацией управления, обусловленной разнохарактерными модами в транспортной системе, их географическим размахом, различиями в стратегии поведения объектов управления и т. д.
Указанные факторы определяют основные требования к ЕИП ИМТС:
• адаптируемость собственной структуры к складывающейся обстановке, а также изменчивость структур и значений накапливаемых и хранимых данных;
• способность аккумулировать большие объемы данных разных форматов и типов;
• распределенный характер размещения аккумуляторов данных на территории, значительной по площади.
По аналогии с другими информационными системами общими требованиями к ЕИП ИМТС необходимо считать следующие:
• достоверность, надежность и безопасность данных;
• оперативность предоставления данных по запросам потребителей (пользователей и прикладных процессов);
• эргономичность средств отображения данных;
- поле (уровень, страта) данных
- поле (уровень, страта) информации
- поле (уровень, страта) знаний ~~ УпРавление и безопасность рис. 1. обобщенная архитектура единого информационного пространства имтс
• отказо- и катастрофоустойчивость информационного пространства;
• модульный характер организации информационного пространства;
• гибкость и открытость информационного пространства (как способность к модернизации аппаратно-программных средств и к наращиванию собственных возможностей).
В основу организации ЕИП должны быть положены следующие принципы:
• системности — определяет необходимость формирования ЕИП как целостного образования, способного удовлетворять информационные потребности прикладных процессов и пользователей (в пределах их полномочий) независимо от их статуса (организаторы перевозок, экипажи, пассажиры и т. д.);
• соответствия архитектуры ЕИП архитектуре ИМТС — информационное пространство должно быть построено таким образом, чтобы информацией были обеспечены все прикладные процессы и пользователи ИМТС; при этом речь не идет об обязательном тополо-
гическом соответствии структур транспортной системы и информационного пространства;
• прозрачности — устанавливает, что прикладной процесс или пользователь не должны быть связаны представлением о месте расположения требуемых информационных единиц в интегрированном пространстве, а все операции, связанные с предоставлением этих единиц, должны выполняться автоматически;
• комплексного использования различных технологий накопления и обработки информации — обусловливает свободу выбора технологий для обеспечения информацией прикладных процессов или пользователей конкретной моды ИМТС; в то же время все применяемые технологии и средства их реализации должны иметь взаимное сопряжение;
• интерпретируемости информации — означает условие обязательности предоставления информации пользователю в общепринятой форме или в терминах его (пользователя) предмет-
ной области, а прикладному процессу -в требуемом формате.
Архитектура
единого информационного пространства имтс
Согласно принципу соответствия, обобщенная архитектура ЕИП формируется как многоуровневое (стратифицированное) образование (рис. 1).
Источники информации представляются двумя группами. В первую объединяются источники постоянной и полупостоянной информации:
• электронные карты местности, региона, страны и других территорий и акваторий;
• схемы транспортных потоков и маршруты движения транспортных средств;
• расписания рейсов пассажирского и грузового транспорта на определенный период;
• технические характеристики типов транспортных средств;
• тарифы на пассажирские и грузовые перевозки;
• перечень, координаты и характеристики опасных объектов (атомных, химических и подобных предприятий, гидротехнических сооружений и т. п.);
• перечень, координаты и характеристики опасных районов (масштабных пожаров, сходов селей и лавин, мест возможного затопления, извержения вулканов, землетрясений, районов ведения боевых действий, массовых беспорядков, террористических угроз и т. п.);
• перечень, координаты и характеристики жизненно важных для транспортной системы объектов (пунктов пополнения энергетических ресурсов, воды, продовольствия, баз и станций технического обслуживания и ремонта, пунктов отдыха экипажей и пассажиров, медицинских учреждений, мест дислокации экстренных служб и др.);
• перечень, координаты и характеристики пересадочных узлов и перевалочных пунктов, а также другая существенная информация.
Собственно источниками постоянной и полупостоянной информации выступают:
• картографические базы данных;
• управленческий персонал и существующие базы данных Минтранса и подведомственных организаций;
• базы данных информационных систем смежных ведомств (Минатома, Росгидромета, МВД, МЧС, Минздрава и т. д.), а также другие возможные источники.
Вторую группу формируют источники переменной информации:
• датчики и регистраторы транспортной, метеорологической, радиационной и иной обстановки;
• стационарные и мобильные системы наземного видеонаблюдения различных ведомств (транспортной системы, МВД, охранных предприятий и т. п.);
• средства навигации и локации;
• спутниковые системы наблюдения;
• воздушные системы наблюдения, устанавливаемые на пилотируемых и беспилотных летательных аппаратах;
• участники дорожного движения, наблюдатели и другие информаторы;
• должностные лица центров и пунктов оперативного управления государственных структур (Минобороны, МИД, МВД, МЧС и др.) и местных органов управления;
• компетентные зарубежные источники;
• интернет-ресурсы, а также любые другие полезные источники.
Тогда переменную информацию образуют сведения:
• о состоянии, положении, направлении движения, соблюдении маршрута и расписания движения транспортных средств;
• обстановке на маршрутах движения и в районах нахождения транспортных средств, а также о предполагаемых изменениях обстановки;
• авариях транспортных единиц, об авариях и катастрофах на объектах транспортной системы, потенциально опасных и других объектах, о катастрофических природных явлениях и других чрезвычайных ситуациях;
• изменении схем движения транспортных потоков;
• другие заслуживающие внимания сведения.
Поле данных. Многообразие источников, видов и форм представления исходной информации, множественный характер типов и единиц транспортных средств, объектов транспортной инфраструктуры и объектов среды ее функционирования позволяют отнести первичные данные, подлежащие накоплению и хранению в ЕИП, к «большим данным» (Big Data).
Эта разновидность данных определяется их основными характеристиками [2], которые обозначают как «четыре V», а чаше как три первых V (4V или 3V+1):
• объем (Volume) - долговременное хранение огромных объемов информации;
• скорость (Velocity) - анализ в режиме, близком к реальному времени, благодаря параллельной (распределенной) обработке данных;
• разнообразие (Variety) - отсутствие жестких требований к формату и структуре данных;
• ценность (Value) - полезность данных для решения функциональных задач.
Вследствие значительных объемов первичной информации, поступающей в систему хранения больших данных (BDS)1, эта часть поля данных (см. рис. 1) должна строиться на основе концепции
сетей хранения данных (Storage Area Network - SAN) либо на основе концепции «облачного» хранилища - частного или гибридного [3, 4]. Независимо от выбора система хранения больших данных планируется как территориально распределенное образование.
Значительная часть полезной первичной информации не структурирована, т. е. не упорядочена. К тому же, в отличие от данных, которые аккумулируются в классических базах данных (БД), она поступает и хранится в разных форматах, поэтому основная задача BDS состоит не только в накоплении больших объемов данных, но в извлечении необходимой информации. Эта задача решается с помощью инструментов «аналитики больших данных» (Big Data Analytics). Серверы приложений, входящие в состав SAN, или «облака», способны решать такие задачи. Это позволяет, во-первых, отобрать, отфильтровать и привести первичную информацию к виду, пригодному для хранения в документальных или фактографических БД, а во-вторых, визуализировать информацию для решения задач, связанных с отображением и контролем обстановки в транспортной системе на автоматизированных рабочих местах (АРМ) пользователей (диспетчеров, оперативных дежурных и др.).
Помимо BDS поле данных ЕИП включает в себя данные персональных устройств экипажей и пассажиров транспортных средств: ноутбуков, планшетов, смартфонов, навигаторов и др. Эти данные представляют собой многочисленную совокупность автономных персональных наборов (файлов) данных. Их основное назначение заключается в обеспечении решения ряда задач, стоящих перед владельцами. К таким задачам следует отнести:
• выбор оптимального (по времени или стоимости) маршрута при следовании к месту назначения с пересадками, в частности на другие виды транспорта;
• определение мест пополнения ресурсов транспортного средства (топлива, электроэнергии);
• оперативное изменение маршрута следования в случае возникновения нештатных ситуаций и т. п.
В этих случаях пользователь может получать информационный доступ к соответствующим приложениям ИМТС для решения стоящих перед ним задач с учетом состояния транспортной системы.
1 Big Data Storage. Выбор англоязычной аббревиатуры обусловлен тем, что в русскоязычном варианте (СХБД) буквосочетанием БД традиционно обозначается понятие «база данных».
? Ж
❖V
рис. 2. мультимодальное представление единого информационного пространства имтс
Еще один компонент поля данных ЕИП - БД ИМТС. Традиционно в классических реляционных БД хранятся структурированные данные, предназначенные для решения формализованных задач. Такие БД относятся к классу операционных (ОБД) и в сложных системах обеспечивают решение задач оперативного управления объектами [5]. Следуя принципу соответствия архитектур ИМТС и ЕИП, необходимо обратить внимание на характер построения БД: она должна носить географически распределенный характер [6], т. е. относиться к классу распределенных баз данных. Такой подход определяется не только территориальным размахом ИМТС, но и необходимостью информационного охвата различных мод системы. База наполняется данными из системы хранения больших данных после их селекции и структуризации.
Поле информации. Следующий уровень (страта) ЕИП представлен полем информации, которое предназначено для информационной поддержки решения задач интеллектуального анализа транспортной системы. Названный класс задач связан с выявлением существенных корреляций и тенденций в больших объемах данных [5].
Процесс интеллектуального анализа транспортной системы направлен на решение задач прогнозирования поведения ее компонентов и состоит из следующих этапов:
• свободного поиска как обнаружения закономерностей в поведении транспортной системы и ее элементов (подсистем, мод);
• прогностического моделирования, т. е. использования выявленных закономерностей для предсказания неизвестных значений или линии поведения транспортной системы и ее элементов (подсистем, мод);
• анализа исключений, имеющего целью выявление и интерпретацию аномалий в найденных закономерностях.
Операционные базы данных не в состоянии обеспечить этот процесс в силу того, что они отражают мгновенное и последнее состояние предметной области. Традиционно решение задач интеллектуального анализа связано с использованием информационных хранилищ [5], которые включают в себя в качестве основных компонентов аналитические, темпоральные и многовариантные базы данных. Основное отличие перечисленных баз данных
от ОБД состоит в отсутствии операций обновления данных. Таким образом, информационные хранилища накапливают меняющуюся информацию по различным информационным измерениям и позволяют проводить ее агрегацию или детализацию, а также отслеживать тенденции трансформации, что дает возможность анализировать поведение объектов транспортной системы.
Накопление информации в хранилище главным образом должно происходить при выгрузке (копировании) части содержимого ОБД как периодически, так и пособытийно. Кроме того, предусматривается, что некоторая доля информации может подаваться непосредственно от системы хранения больших данных.
Информационное хранилище может строиться как локализованное или распределенное формирование [6, 7]. Для удобства информационной навигации пользователей в хранилище для них могут создаваться витрины данных, которые предоставляют строго определенные информационные фрагменты на АРМ управленческого персонала [8].
Поле знаний. Верхний уровень ЕИП ИМТС представлен как поле знаний [1]. Его отличительная черта - это информационное обеспечение задач, оперирующих слабоструктурированной или неструктурированной информацией, поэтому в базе знаний, составляющей основу рассматриваемого поля, хранятся не только собственно данные, но и правила вывода новой информации на основе имеющейся. Информационное наполнение базы знаний осуществляется по результатам анализа и выявления тенденций с помощью контента информационного хранилища и частично BDS.
Плоскость управления. Столь сложное образование, как ЕИП ИМТС, нуждается в управлении. При этом предполагается, что большая часть функций управления, включая интеграцию различных аппаратно-программных средств, должна реализовываться автоматически. Для ряда других функций может потребоваться участие административного персонала, ответственного за функционирование ЕИП или его части. Традиционно управление информационными образованиями выполняют комплексы программ, известные как системы управления. Таким образом, плоскость управления ИМТС охватывает системы управления большими данными, базами данных, информационными хранилищами, базами знаний и информационным пространством. На последнюю из указанных систем возлагаются функции сопряжения всех других систем управления.
Плоскость обеспечения безопасности. Современное положение в части активизации кибератак на информационные системы государственных, коммерческих и общественных организаций требует обеспечения безопасности ЕИП ИМТС. В соответствии с принятыми нормами и подходами состояние безопасности ЕИП предполагает обеспечение конфиденциальности, доступности и целостности аккумулируемой информации. Для выполнения названных условий должна функционировать система защиты ЕИП как совокупность органов и (или) исполнителей, используемой ими техники защиты информации, а также объектов защиты информации, организованная и функционирующая по правилам и нормам, установленным документами в области защиты информации [9].
В соответствии с концептуальным представлением ИМТС, архитектура которой интегрирует четыре моды — автомобильного, авиационного, железнодорожного и водного транспорта — схема ЕИП может иметь вид, представленный на рис. 2.
Каждая указанная мода формирует свой эшелон. На рис. 2 каждому эшелону соответствует своя грань стилизованной пирамиды ЕИП, интеграция которых образует ЕИП как таковое. В целях соблюдения принципа системности архитектура каждого эшелона соответствует обобщенной архитектуре ЕИП (см. рис. 1), а информационное наполнение отражает специфику той или иной моды. Сопряжение эшелонов всех четырех мод приводит к формированию ЕИП ИМТС в целом.
В заключение отметим следующее. Реализация прикладных процессов управления в ИМТС требует соответствующей информационной поддержки. В силу сложности решаемых задач, масштаба сферы приложения усилий (предметной области) и с учетом многих других факторов
это означает создание ЕИП, которое должно быть построено с использованием различных информационных технологий. Каждая технология должна в наибольшей степени отвечать определенному классу прикладных задач управления транспортной системой и ее элементами. □
литература
1. Комашинский В. И., Малыгин И. Г., Ава-несов М. Ю. и др. Концептуальные подходы к построению интеллектуальной мультимодальной транспортной системы РФ // Информация и космос. 2016. № 3 . С. 8-16.
2. Черняк Л. Большие Данные - новая теория и практика // Открытые системы. СУБД. 2011. № 10. URL: http://www. osp.ru/os/2011/10/13010990.
3. Гургенидзе А. Т., Кореш В. И. Мульти-сервисные сети и услуги широкополосного доступа. СПб.: Наука и техника, 2003. 400 с.
4. Батура Т. В., Мурзин Ф. А., Семич Д. Ф. Облачные технологии: основные понятия, задачи и тенденции развития // Программные продукты, системы и
алгоритмы. 2014. №1. 7 марта. URL: http://swsys-web.ru/doud-computing-basic-concepts-probLems.html.
5. Саенко И. Б. Теория многомерно-реляционных баз данных и ее применение в автоматизированных системах управления связью. СПб.: ВУС, 2001. - 176 с.
6. Иванов А. Ю. Перспективы развития информационного базиса автоматизированных систем в условиях рисков // Природ. и техноген. риски: физ.-мат. и прикладные аспекты. 2012. № 3. С. 53-57.
7. Горшков В. С., Иванов А. Ю. Концепция распределенных информационных хранилищ // Проблемы управления рисками в техносфере. 2010. № 1 [13]. С. 67-74.
8. Иванов А. Ю., Малыгин И. Г. Метод и алгоритмы обеспечения целостности мобильных распределенных баз данных // Проблемы управления рисками в техносфере. 2008. № 4 [8]. С. 183190.
9. ГОСТ Р 50922-2006. Защита информации. Основные термины и определения.
XX
13-15
февраля
16
февраля
17
февраля
МОСКОВСКИЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЛОГИСТИЧЕСКИЙ ФОРУМ
Учебный курс «Корпоративная логистика: эффективное управление и оптимизация затрат»
14-я Международная конференция «Логистика и управление цепями поставок»
В программе Конференции выступают представители компаний разработчиков и поставщиков логистических решений и услуг
Профессиональные сессии
В программе Профессиональных сессий выступают представители подразделений логистики, транспорта, складирования, снабжения и дистрибуции торговых, производственных и логистических компаний с докладами о собственном опыте организации, управления и оптимизации логистических процессов
Экскурсии на крупнейшие логистические объекты
.mmlf.ru | logist@ec-logistics.ru | +7 (495)763-91-95
MMLF МПФ\
13-17 февраля
