CC BY
27
УДК 004: 656.13:656.11:656.254.5
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ГОРОДСКОГО ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ДИСПЕТЧЕРСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Д. А. Никулина
THE MODELLING OF THE OPERATION OF THE URBAN PASSENGER TRANSPORT ON THE BASIS OF THE DATA OF THE DISPATCHING CONTROL SYSTEM
D. A. Nikulina
Аннотация. В статье исследуется и обосновывается возможность и необходимость создания и внедрения полноценной модели городского пассажирского транспорта.
Ключевые слова: городской пассажирский транспорт, диспетчерская система управления, моделирование, автоматизация анализа работы перевозчиков, оптимизация времени перемещения, безопасность на дорогах, спутниковый навигатор, мониторинг.
Abstract. In the paper both the possibility and the necessity of the creation and the inculcation of the full-value model of the urban passenger transport is investigated and substantiated.
Key words: urban passenger transport, dispatching control system, modelling, automation of the analysis of work of the auto-carrier, optimization of time of moving, safety on roads, satellite navigator, monitoring.
Введение. В настоящее время активно развиваются диспетчерские системы управления транспортом, основанные на спутниковых и сетевых технологиях. Особенно актуально использование таких систем в среде городского пассажирского транспорта [1-4]. В теории такие системы позволяют оптимизировать и контролировать транспортные потоки путем мониторинга движения с системой слежения за состоянием транспортного средства. В этом плане системы позволяют в режиме реального времени узнать координаты нахождения, скорость, данные с различных датчиков, число пассажиров, а также просмотреть трекинг движения по транспортному средству за период времени.
Необходимо отметить, что понятие транспортного средства включает в себя все категории транспорта, обслуживающего пассажиров. При этом линии электропередачи троллейбуса могут быть задействованы в процессе диспетчеризации в случае их повреждения, система будет пытаться скорректировать расписание, замещая маршруты, связанные с вышедшей из строя веткой, транспортом смежных маршрутов, не зависящим от линий электропередачи.
Все подобные системы должны решать задачи планирования, оперативного управления и подведения итогов. Для каждого транспортного средства диспетчерские системы позволяют контролировать время в движении и
остановки, соблюдение маршрута, нахождение в пределах контрольной точки, пробег, расход топлива, трек движения за определенный промежуток времени. Частично проводить комплексный анализ возможно с помощью мониторинга и системы отчетов.
Цель работы - исследовать возможность и доказать необходимость создания полноценной модели работы городского пассажирского транспорта. Предполагается построение комплексной модели, включающей в себя элементы математической, экономической, географической моделей, а также программный комплекс для ее визуализации. Модель будет включать в себя совокупность всех значимых для пассажирского транспорта факторов с привязкой к конкретному времени.
1. Основные функции модели. Для определения основных функций модели необходимо определить круг задач, которые она позволит решать, а также подчеркнуть качественные отличия от существующих диспетчерских систем.
Основное различие между предлагаемой и ныне действующими системами состоит в том, что в последних анализ ведется на уровне отдельных объектов, и они не позволяют восстановить полноценно ситуацию в разрезе города в определенный момент времени. Существуют лишь отдельные отчеты и треки по определенным объектам. В отличие от таких систем, разрабатываемая модель при построении ситуации на дороге учитывает различные факторы, а именно: погодные условия, сезонность, время суток и др.
В связи с этим формируется список проблем, решаемых с помощью модели.
С помощью такой модели диспетчерская служба сможет проводить комплексный анализ системы за любой период времени. В частности, она может оптимизировать существующие маршруты, создавать новые в комплексе со старыми, на основе модели получать теоретические данные о пассажиропотоке на новом маршруте, узнавать о влиянии на все дублирующие маршруты, о скорости прохождения маршрута. Появится возможность получать данные о количестве пассажиров, проезжающих из одного района города в другой, определять наиболее популярные маршруты, интервалы на которых следует сократить. Одной из наиболее полезных возможностей является динамическая корректировка расписания движения автобусов в зависимости от ситуации на дороге (вывод из строя транспортного средства, необычно высокий или низкий пассажиропоток), которая будет давать ощутимый эффект как для перевозчиков, так и для пассажиров. При этом предполагается использовать математический аппарат с использованием элементов теории расписаний, многокритериальных методов оптимизации, теории систем массового обслуживания, помогающий диспетчерской службе управлять транспортом. Появится возможность создания сервисов, позволяющих пассажирам получать информацию о времени приезда на необходимую остановку и о состоянии транспорта на подходящих им маршрутах. Это можно реализовать с помощью специальных цифровых табло на остановках или через веб-технологии.
Проблемы повышения безопасности на дорогах выделяются среди главных задач диспетчерских служб. Предлагаемая модель позволит легко
выявлять нарушения водителями правил дорожного движения, отслеживая координаты на дороге, скорость, ускорение, автоматически подготавливая данные со встроенного видеорегистратора. Помимо этого, модель позволит более детально оценить ситуацию на дорогах в случае возникновения какого-либо происшествия.
2. Структура информационной системы модели. Для формирования полноценной модели необходимо спроектировать сложную информационную систему. Упрощенно ее структуру можно показать в виде схемы, приведенной на рис. 1.
Бортовое оборудование (БО)
Операторский центр (ОЦ)
Диспетчерский центр (ДЦ)
веб-сайт {У/сЬ)
Рис. 1. Структура информационной системы
Самым главным в процессе управления транспортом в этой системе является диспетчерский центр. Именно он осуществляет все операции по управлению транспортом. Операторские центры выступают связующим звеном между бортовым оборудованием транспортного средства и диспетчерским центром.
Бортовое оборудование на транспортном средстве определяет навигационные, телеметрические данные, а также данные о пассажирах и передает их в диспетчерский центр. Процесс информационной обработки бортовым оборудованием происходит постоянно; данные передаются с заданным интервалом времени и при срабатывании контрольных устройств, датчиков или при особых событиях (изменениях в работе оборудования, резком изменении курса или скорости, прохождении контрольной точки).
Отдельно стоит отметить, что связь в системе двухсторонняя. Техник из диспетчерского центра может удаленно обратиться и настроить работу бортового оборудования. Диспетчер может отправлять текстовые сообщения, совершать аудио- и видеозвонки, контролируя поведение водителя.
Система планируется как кроссплатформенная. Все действия выполняются с помощью веб-приложения, к которому можно обратиться через браузер. Таким образом, любое устройство с доступом в Интернет может работать с системой, не ограничиваясь одной платформой.
Такая структура позволяет строить сеть диспетчерских центров, обеспечивать сбор, хранение, оперативный доступ к большому информационному массиву данных.
Планируется использование ГЛОНАСС/ОР8-спутниковой навигации, впоследствии возможно взаимодействие с различными инфраструктурными элементами, позволяющее увеличить область действия системы, улучшить показатели точности определения местонахождения.
Область действия всей системы ограничена областью покрытия сотовой связью, которая хотя и распространена повсеместно, но не обеспечивает стабильную связь на всей территории, а также возможностью использования спутниковой навигации. Необходимо отметить, что частично проблема нестабильности связи решена с помощью использования встроенного хранилища данных, которое позволяет передать данные, как только появится техническая возможность.
Программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий работу системы, включает в себя несколько элементов. Терминальный сервер принимает данные с автобусов, осуществляет первичную обработку и передает их в систему управления базами данных. Также терминальный сервер предоставляет необходимые данные для работы бортового компьютера автобуса. СУБД служит для приема, хранения и управления данными как для терминального сервера, так и для всех других компонентов системы. Диспетчерский центр строится на базе веб-приложения. Такой подход позволяет сделать работу максимально независимой от устройства и операционной системы. Все математические расчеты, доступ к базе данных, бизнес-логику обеспечивает веб-сервер, который подключается к СУБД.
3. Социально-экономические эффекты от внедрения. Основная цель использования модели - максимально эффективное планирование и мониторинг работы системы городского пассажирского транспорта.
Основные практические эффекты:
- оптимизация времени перемещения пассажиров;
- автоматизация анализа работы перевозчиков;
- пресечение случаев нецелевого использования транспортного средства;
- повышение трудовой дисциплины;
- повышение безопасности на дорогах.
Подробные данные о пассажиропотоке на каждом маршруте в течение дня, а также реальная эксплуатационная скорость способствуют оптимальному планированию маршрутов. Такие методы позволят навсегда забыть о системе подсчета, при которой люди в течение определенного времени ездят вместе с транспортом и считают количество перевезенных пассажиров вручную.
Зная точное время всех рейсов каждого автобуса, можно оценить их выполнение перевозчиками, их соответствие маршруту и графику, отследить «левые» рейсы. Это позволит бороться с ситуациями, когда пассажиры продолжительное время ожидают транспорт; автобусы не будут перегружены, благодаря оптимальному количеству средств передвижения с требуемым интервалом.
У водителей не будет возможности использовать автобус для личных нужд без санкции диспетчера. Возможность мониторинга гарантирует использование городского общественного транспорта по назначению. Сокращение затрат на ГСМ - следствие фактического контроля за движением транспортных средств.
С получением данных о фактическом прохождении маршрута появится возможность отслеживать нарушения правил дорожного движения водителями автобусов, а также более детально расследовать каждое происшествие.
Также предусмотрена возможность установки специальной «тревожной» кнопки. По ее нажатию происходит передача специального сообщения на пульт диспетчера с координатами транспортного средства. При любой чрезвычайной ситуации нажатием одной кнопки можно вызвать на место скорую помощь, полицию и службу спасения.
Помимо тревожной кнопки, есть возможность автоматического отслеживания происшествий на основе анализа событий автобуса. Слишком резкое изменение курса движения, падение скорости могут свидетельствовать об аварии. Также возможна установка специальных датчиков, отслеживающих состояние транспортного средства. Например, показания датчика температуры могут свидетельствовать о пожаре. В этом случае тревожное сообщение способно высылаться вне зависимости от нажатия кнопки, когда нет возможности вызвать помощь другими способами.
Рассмотрим кратко также и вопрос о целесообразности разработки и внедрения предлагаемой системы при наступлении либо продолжении финансово-экономического кризиса. Как отмечается, например, в статье [5], наиболее крупным страховым компаниям проще выжить, чем мелким (при прочих равных условиях - одинаковости долей высокоубыточных видов страхования, позиции акционеров). Это особенно важно для периодов финансово-экономического кризиса, в течение которых имело бы смысл «перебросить» значительную часть средств и возможностей страховой защиты на такие ее виды, как страхование банковских и финансовых (коммерческих) рисков. Достичь этого можно отчасти благодаря разработке и внедрению предлагаемой системы, направленной, в том числе, на снижение количества несчастных случаев на дорогах, а также страховых случаев ответственности автоперевозчиков и владельцев транспортных средств. Данная авторская работа отмечена грамотой конкурсной комиссии на 12-м Санкт-Петербургском (всероссийском) конкурсе им. проф. В. Н. Вениаминова по экономике, управлению и информатике в экономической сфере (научный руководитель работы -доцент Финансового университета М. В. Шептунов).
4. Практическая реализация. В данном разделе попробуем оценить затраты на реализацию и внедрение, а также сравним их по этим показателям с существующими системами. В зависимости от необходимости в производительности системы предполагается два варианта. Если нет необходимости в системе видеонаблюдения, подсчете пассажиропотока и других, требующих серьезных вычислений функциях, то подойдет терминал на базе микроконтроллера. При невысокой стоимости такая система позволит получить все необходимые телеметрические данные, установить некоторые дополнительные модули.
Более мощная версия терминала возможна на базе полноценного х86 контроллера. Также необходимо учитывать требования к условиям эксплуатации. В данном случае нужно выбирать оборудование, которое может работать при низких температурах в зависимости от региона эксплуатации. Для общего случая можно применять оборудование, поддерживающее работу от -40° С и выше. При эксплуатации на более низких температурах необходимо использовать специальные средства для защиты от переохлаждения.
Предполагается использовать услуги сотовой связи местных операторов.
Передаваемая телеметрическая информация не является объемной. Предполагается получать все данные на терминале, сжимать их и передавать с небольшим интервалом. Оптимальной будет передача данных раз в 15-20 с.
Передаваемые телеметрические данные включают в себя данные о скорости движения (текущей и средней по участку), курсе движения, состоянии различных датчиков, таких как датчик зажигания, открытия/закрытия дверей, датчики уровня и расхода топлива, а также любые другие данные, помогающие точнее оценить ситуацию внутри транспортного средства и на дороге в целом.
При установленном дополнительном оборудовании возможны голосовые или видеозвонки в диспетчерский центр. Для этого необходимо установить гарнитуру, веб-камеру, а для связи будет использоваться тот же канал, что с операторским центром. Для водителей устанавливается специальный цветной сенсорный монитор. На его основе реализуется функционал спутникового навигатора.
Работа системы подсчета пассажиров осуществляется с помощью камер, устанавливаемых над дверными проемами автобусов. С помощью специальных алгоритмов распознавания изображений считают всех вошедших и вышедших пассажиров. При обработке данных рассчитывается фактический пассажиропоток по остановкам, сделанному рейсу с привязкой ко времени прохождения маршрута. На основе этих данных можно автоматически рассчитать один из важнейших показателей эффективности маршрута - пасса-жирокилометр. Он определяет количество перевезенных пассажиров на километр.
Другие показатели эффективности маршрута, важные для планирования транспортной системы города, например эксплуатационную скорость, также легко рассчитать с помощью статистических методов по телеметрическим данным.
При расчете стоимости внедрения комплекса важнейшую роль играет количество транспортных средств, которые необходимо оснастить, а также комплект поставки. В зависимости от требований заказчика включаются различные опции. Минимальная комплектация терминала на базе микроконтроллера включает в себя спутниковый чип, внешнюю антенну для подключения к спутникам, 08М-модем со своей антенной, провода для подключения к бортовой системе транспортного средства, минимальный набор дополнительных датчиков, карты памяти с контроллером минимального объема для реализации функции «черного ящика», стоимость изготовления и материалы корпуса, услуги по установке, настройке и подключению к системе. Такая комплектация оценивается от 7000 рублей в зависимости от количества терминалов в заказе. При использовании контроллера на базе х86 процессора стоимость комплекта составляет от 20 000 рублей и более, однако возможности при этом существенно расширяются, например, появляется поддержка сенсорных мониторов. Примерные (средние) цены и оборудование сведены в табл. 1.
Таблица 1
Примерные цены на оборудование на основе прайс-листов торговых компаний
Устройство Цена (руб.)
1. Минимальная комплектация на базе микроконтроллера 7000
2. Минимальная комплектация на базе х86 контроллера 20000
3. Камера подсчета пассажиров 1500
4. Камера видеорегистрации 3500
5. Сенсорный монитор 5000
6. Звуковая карта, микрофон, динамик 2000
7. Утепленный бокс 3000
8. Web-камера для видеозвонков 500
При необходимости видеонаблюдения, курсовых камер, камер в салоне, камер для подсчета пассажиров необходимо использовать терминал на базе полноценного х86 контроллера, так как вычислительных мощностей микроконтроллера не хватит для таких задач. При этом стоимость варьируется от 1500 рублей за простую камеру для подсчета пассажиров до 3500 рублей за качественную цифровую камеру с высоким разрешением и подсветкой.
В зависимости от условий использования и пожеланий заказчика можно использовать дополнительное оборудование.
Важно учитывать, что все оборудование специализировано для промышленного применения и обладает соответствующими показателями надежности, стабильности работы и устойчивости к жестким условиям эксплуатации.
Тем самым выяснено, что на предварительном этапе все затраты на внедрение зависят только от количества транспортных средств и комплектации.
Заключение. Таким образом, с развитием сетевых и спутниковых технологий проблема создания модели работы пассажирского транспорта в рамках целого города стала решаемой. Социально-экономический эффект в дальней перспективе будет заметен для перевозчиков, для диспетчерских служб городов и для пассажиров.
Хотя преимущества комплексной системы очевидны, отдельно отметим сложность внедрения системы. Она ставит под жесткий контроль компании, занимающиеся перевозкой пассажиров. Наиболее частые нарушения - это нарушения правил дорожного движения; становится проще отследить выполнение рейсов согласно расписанию для обеспечения интервалов маршрута. Именно на перевозчиков частично или полностью ложатся затраты на установку оборудования, обслуживание терминалов, мобильную связь.
Однако и для компаний-перевозчиков преимущества использования данного оборудования довольно ощутимые. По сути, они получают контроль над всеми своими водителями, получая реальные данные о перевезенных пассажирах и совершенных рейсах. Проблема отслеживания так называемых «левых» рейсов, совершаемых вне наряда и расписания, становится легко решаемой.
Дальнейшим развитием разработки видится ее подключение к единой системе инфраструктуры города, включая мониторинг с участием информа-
ционной системы состояния мостов, железнодорожных переездов, эстакад, а также автотранспорта различных городских служб - машин скорой помощи, пожарных, спасателей, полиции. При более обширном взаимодействии весь комплекс городского транспорта станет намного полезнее.
Система полностью соответствует всем нормативным законным актам, принятым в России, по оборудованию пассажирского транспорта спутниковыми навигационными комплексами и может работать одновременно с тысячами единицами транспорта.
Применение систем спутникового мониторинга городского общественного транспорта в ближайшем будущем станет повсеместным. Новые технологии позволяют оптимально планировать маршруты, в режиме реального времени получать любые данные о ситуации на дорогах, достоверно расследовать любые происшествия внутри салона или с самим автобусом. Есть надежда, что с развитием технологий в целом и отчасти за счет внедрения предлагаемой разработки пользоваться общественным транспортом станет безопаснее, удобнее и приятнее.
Список литературы
1. Резер, С. М. Развитие транспортного комплекса России в среднесрочной перспективе / С. М. Резер // Транспорт: наука, техника, управление. - 2009. - № 7.
2. Скороходов, Д. А. Функционально-психодинамический подход к оптимизации влияния человеческого фактора на безопасность транспортной деятельности / Д. А. Скороходов, М. Л. Маринов // Транспорт: наука, техника, управление. -2009. - № 7.
3. Сычева, А. В. Оценка влияния инженерно-геологических условий местности на стабильную эксплуатацию железнодорожного пути / А. В. Сычева // Наука и техника транспорта. - 2012. - № 4.
4. Бочков, В. А. Качественная связь - залог безопасности движения / В. А. Бочков // Автоматика, связь, информатика. - 2013. - № 3.
5. Шептунов, М. В. Страховые взносы и выплаты в 2007-2010 гг. в Российской Федерации / М. В. Шептунов // Финансы. - 2011. - № 10.
Никулина Дарья Андреевна
студентка,
Финансовый университет
при Правительстве РФ (г. Москва)
E-mail: dashka_nikulina@mail.ru
Nikulina Darya Andreevna student,
Financial University
under the Government of RF (Moscow)
УДК 004: 656.13:656.11:656.254.5 Никулина, Д. А.
Моделирование работы городского пассажирского транспорта на основе данных диспетчерской системы управления / Д. А. Никулина // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. - № 3 (11). - С. 138-145.
