CC BY
135
Цифровая автомобильная дорога как отраслевой сегмент цифровой экономики
В. Н. Бойков,
д. т. н., зав. кафедрой «Геодезия и геоинформатика» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ),
член Президиума научно-технического совета Государственной компании «Автодор»
А. В. Скворцов,
д. т. н., проф., генеральный директор ООО «ИндорСофт»
Д. С. Сарычев,
к. т. н.,
зам. ген. директора по развитию ООО «ИндорСофт»
Цифровая экономика, формирующаяся в недрах четвертой индустриальной (технологической) революции, коренным образом меняет процессы и технологии отраслей производства и услуг, создавая беспрецедентные возможности для повышения производительности труда и улучшения качества продукции. Ключевые технологии, обеспечивающие цифровизацию дорожной отрасли, -информационное моделирование и интеллектуальные транспортные системы.
Одно из определений цифровой экономики как совокупности отраслевых моделей, приложений, их реализующих, и накопленных данных [1] позволяет нам рассматривать каждую отрасль в перспективе ее цифровизации. В одном из последних номеров журнала «Транспорт Российской Федерации» [2] представлена статья о Цифровой железной дороге (ЦЖД). В настоящей статье речь пойдет о Цифровой автомобильной дороге (ЦАД).
Датой рождения отечественной цифровой экономики следует считать 28 июля 2017 г., когда вышло Распоряжение Правительства РФ № 1632-р «Об утверждении программы "Цифровая экономика Российской Федерации"». К этому времени развитые страны прошли определенный путь цифровизации и получили некоторые методические и технологические наработки. Признанным мировым лидером по качеству и развитию сети автомобильных дорог считается Германия.
В 2014 г. Федеральное министерство транспорта и цифровой инфраструктуры приступило к реализации «Плана поэтапного перехода на цифровое проектирование и строительство в Германии» [3].
В парадигме цифрового проектирования, строительства и эксплуатации предполагается, что данные, которыми обмениваются между собой участники, совместимы друг с другом. Поэтому все разработчики программных средств должны использовать одинаково стандартизованные и нейтральные к производителям форматы обмена и описания элементов. В качестве нейтрального к разработчикам открытого стандарта
обмена принят продукт IFC, разработанный международным консорциумом BuildingSMART. Для промышленного и гражданского строительства этот стандарт значительно развит и используется во многих странах мира. В строительстве сети дорог общегосударственного значения в ФРГ для обмена данными используется национальный «Каталог объектов для дорог и транспорта» (OKSTRA).
В поэтапном плане предусмотрены три стадии реализации: с 2015 г. — подготовительный период; с 2017 г. — апробация цифровых технологий на пилотных проектах; с конца 2020 г. — регулярное использование цифрового проектирования, строительства и эксплуатации во всех новых проектах строительства транспортной инфраструктуры.
Большая подготовительная работа по внедрению технологий нформаци-онного моделирования (BIM) в российскую практику выполнена Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ. Приказом Министерства № 926 от 29.12.2014 г. утвержден «План поэтапного внедрения технологий информационного моделирования в области промышленного и гражданского строительства». В рамках реализации плана выполнен ряд пилотных проектов в сфере промышленного и гражданского строительства, которые прошли государственную экспертизу.
На основе зарубежного и отечественного опыта, полученного при выполнении пилотных проектов, был разработан ряд СП и ГОСТ, дающих методическую основу для цифровизации строительной отрасли. Однако накопленный опыт и нормативная база касаются главным образом объ-
ектов промышленного и гражданского строительства и лишь в малой степени применимы к объектам транспортной инфраструктуры.
В отношении цифровизации объектов транспортной инфраструктуры сегодня наибольший интерес вызывает опыт государственной вертикально интегрированной компании ОАО «РЖД», частично изложенный в статье [2]. Отдельные элементы ЦЖД в ОАО «РЖД» накапливались постепенно, по мере необходимости. С 2008 г. компания стала развивать собственную высокоточную координатную сеть (ВКС), так как Государственная геодезическая сеть (ГГС) не обеспечивала точности, необходимой для проектирования и строительства высокоскоростных магистралей [4].
Необходимость оперативного проектирования и выполнения ремонтных работ пути привела к созданию Комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта (КСПД ИЖТ), которая стала базой пространственных данных для последующего формирования 3D-raC железных дорог [5].
Множество инициатив Научно-исследовательского и проектно-конструк-торского института информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте (НИИАС, головного института ОАО «РЖД» по автоматизации и информатизации) реализовано в сфере организации перевозочного процесса на основе информационно-коммуникационных технологий. Эти инновации стали предпосылками для формирования научно-технического проекта «Цифровая железная дорога», представляющего собой, по сути, долгосрочную основу для реализации технической политики ОАО «РЖД» в современных условиях.
Федеральное дорожное агентство «Росавтодор» и Государственная компания «Автодор», отвечающие за сеть федеральных автомобильных дорог РФ, также имеют серьезные наработки по компонентам цифровой экономики. Например, Госкомпания «Автодор» с 2009 г. последовательно осуществляет развертывание ГИС сети своих магистралей [8]. Каждое дорожное ведомство имеет свои планы поэтапного внедрения информационного моделирования дорог.
В 2016 г. в Госкомпании «Автодор» был разработан первый нормативный отраслевой документ в сфере BIM: СТО АВТОДОР 8.6-2016 «Организационная и технологическая поддержка процес-
сов формирования информационных моделей автомобильных дорог на всех этапах жизненного цикла», который позволил выполнить первые пилотные проекты и накопить определенный опыт для информационного моделирования дорог. Выполнение проектов актуализировало проблему точности ГГС, и Госкомпания «Автодор» по примеру ОАО «РЖД» приступила к развертыванию Ведомственной опорной геодезической сети (ВОГС) с учетом собственных требований [6].
В 2016-2017 гг. по заданию ФДА «Росавтодор» выполнен ряд разработок в сфере BIM. Наиболее актуальна из них «Разработка временных регламентов взаимодействия участников и дополнительных разделов технического задания на выполнение работ по разработке проектной и рабочей документации на пилотных проектах применительно к строительству, капитальному ремонту и реконструкции объектов транспортной инфраструктуры с применением BIM-технологии, с учетом положений стандартов европейских стран». Разработка временных регламентов преследовала следующие цели [7]:
1) повышение качества проектной документации и сокращение сроков строительства (реконструкции, ремонта) дорог вследствие реализации парадигмы «Информационное моделирование в жизненном цикле дорог»;
2) совершенствование системы управления состоянием сети автомобильных дорог и повышение эффективности капитальных вложений на всех стадиях жизненного цикла дорог в результате внедрения в инженерные и управленческие процессы технологии информационного моделирования;
3) мотивация участников дорожно-строительного процесса к формированию рынка технологий информационного моделирования и создание для этого соответствующих организационных, нормативно-технических и технологических основ.
Введение в действие временных регламентов позволит провести в 2018 г. серию пилотных проектов, которые, безусловно, обогатят теорию и практику информационного моделирования дорог.
При непосредственном общении специалистов ОАО «РЖД», Госкомпании «Автодор» и ФДА «Росавтодор» выяснилось, что зачастую решения сходных отраслевых задач цифровизации дублируются. Очевидно, что координацию, осуществ-
ляемую Минтрансом РФ, необходимо улучшить.
Цели и задачи
Вехи цифровизации автомобильных дорог обсуждаются давно, но в отличие от ситуации с железными дорогами они не оформлены в виде научно-технического отраслевого проекта. Настоящая статья и направлена на то, чтобы поставить этот вопрос на повестку дня. Естественно, любой проект требует формулирования целей и задач.
Цель формирования проекта «Цифровая автомобильная дорога» — устойчивое развитие дорожной инфраструктуры; повышение общего экономического эффекта от проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог за счет использования цифровых технологий; повышение конкурентоспособности сети дорог РФ на рынке глобальных перевозок. Задачами дорожной отрасли в формате проекта «Цифровая автомобильная дорога» становятся:
• обеспечение обязательного сквозного (непрерывного) применения цифровых технологий на всех стадиях жизненного цикла автомобильных дорог, дорожной деятельности и в транспортной сфере;
• информатизация в области планирования, проектирования, строительства и эксплуатации дорог;
• автоматизация в области движения транспортных средств (в частности, беспилотных), повышения эффективности транспортной работы;
• стандартизация всех элементов информационных технологий (цифровых данных, алгоритмов, протоколов взаимодействия, цифровых платформ, методик применения);
• поддержка развития национальных инновационных предприятий, развивающих цифровую инфраструктуру, платформы и технологии;
• поддержка развития ключевых институтов, в рамках которых создаются элементы среды ЦАД (нормативов, кадров).
Согласно Программы цифровой экономики в дорожной отрасли ЦАД как систему можно представить в виде трех уровней:
1) организационный уровень: информационные процессы, в которых участвуют дорожные службы, автомобильный транспорт, общество, государственные органы и др.;
2) технологический уровень: платформы и сквозные технологии;
3) среда взаимодействия, создающая условия развития платформ, технологий, а также формирующая нормативы, цифровую инфраструктуру, кадры.
Понятие «Цифровая автомобильная дорога» пока не имеет нормативного определения. Приведем определение этого термина, необходимое для решения вопросов по цифровизации автомобильных дорог. Цифровая автомобильная дорога — это система, включающая информационные процессы, ключевые технологии, среду взаимодействия и обеспечивающая управление состоянием транспортной инфраструктуры и функционирование автомобильного транспорта
Информационные процессы
Формирующиеся в рамках ЦАД информационные процессы разделяют на внутренние и внешние (рис. 1). Внутренние процессы непосредственно обеспечивают функционирование транспортной инфраструктуры и автомобильного транспорта.
Внешние процессы связаны с обществом, органами власти, экологической обстановкой и другими видами транспорта (железнодорожным, воздушным, речным, морским). Очевидно, что информационные процессы, связанные с ЦАД, требуют подробного обсуждения и анализа, но выносятся за рамки данной статьи.
Ключевые (сквозные) технологии
Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС)
Такие системы, называемые новым достижением цивилизации, решают базовую техническую задачу по мгновенному высокоточному определению глобальных координат и времени нахождения объектов на местности. В сфере транспорта ГНСС эффективно сочетаются с системами навигации, интеллектуальными транспортными системами, системами автоматизированного получения пространственных данных и др. Сегодня это одна из важнейших обеспечивающих технологий, приносящая огромный синтетический эффект практически во все сферы дорожной и транспортной деятельности.
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), аэрофотосъемка, лазерное сканирование
Задача быстрой, точной и достоверной фиксации изменений пространственной среды и объекта управления (сети автомобильных дорог) представляется наиваж-
нейшей для эффективного и обоснованного принятия решений. Долгое время эффективность автоматизации крупных инфраструктурных отраслей сковывалась медленным и нерегулярным обновлением информации об объекте управления. Развитие технологий ДЗЗ, беспилотной аэрофотосъемки и лазерного сканирования позволяет оперативно, с исчерпывающими подробностями и точностью получать сведения об объекте управления и его окружении.
Высокоскоростные сети передачи данных
Одна из базовых технологий цифровой экономии. Для дорожной отрасли важно, что высокоскоростные беспроводные сети обеспечивают работу бортовых АСУ транспортных средств и интеллектуальных транспортных систем в целом.
Технология информационного моделирования (BIM)
Концепция информационного моделирования — ключевая технология четвертой промышленной революции в строительстве, реализующая принцип полного сквозного цифрового представления и сопровождения объекта на всех стадиях его жизненного цикла. При этом обеспечиваются повторное использование информации и фундамент для комплексного анализа объектов транспортной инфраструктуры
1Г 1 г
и автоматизации принятия решений. Приведем ряд взаимно интегрируемых систем:
• системы автоматизированного проектирования-моделирования (САПР-BIM);
• информационные системы управления проектами (ИСУП; 3D+время=4D);
• системы автоматизированной вычисления смет (САВС; 4D+ресурсы=5D);
• системы автоматизированного управления дорожно-строительной машинами (САУ ДСМ);
• геоинформационные системы (ГИС);
• системы моделирования транспортных потоков (СМДП);
• системы оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорог (СОС).
Указанные системы обеспечивают формирование и поддержку информационных моделей автомобильных дорог в процессе жизненного цикла. Система САПР-BIM ключевая, так как именно она предопределяет основные характеристики и потребительские свойства будущей автомобильной дороги [9]. На российском рынке доминируют следующие отечественные САПР дорог: IndorCAD/Road (ИндорСофт, Томск), Robur Дороги (Топоматик, Санкт-Петербург), Credo Дороги (Кредо-Диалог, Минск). Все они успешно эволюцио-
Внешнее окружение Цифровой автомобильной дороги
Рис. 1. Взаимодействие внутренних и внешних процессов Цифровой автомобильной дороги
Внутренние процессы Цифровой автомобильной дороги
Транспортная Автомобильный
и нфраструкту ра W гт f транспорт
• Планирование развития m Совершенствование
• Проектирование транспорта, беспилотники
• Строительство {Реконструкция) # Транспортное моделирование
• Эксплуатация (Содержание) # Навигация и логистика
• Повышение безопасности * Организация движения
движения • Безопасность движения
• Подготовка кадров • Подготовка кадров
Рис. 2. Альтернативы программного обеспечения поддержки жизненного цикла автомобильных дорог в рамках информационного моделирования
нируют от автоматизированного проектирования к информационному моделированию. Однако переход от проектирования к моделированию дорог ознаменовался тем, что все большее количество отечественных проектов стало выполняться с применением комплексных информационных систем американских производителей: Autodesk и Bentley Systems. В то же время дорожная практика большинства европейских стран: Финляндии, Швеции, Голландии, Германии, Франции и др., базируется на концепции OpenBIM — универсальном подходе к совместному проектированию, строительству и эксплуатации дорог, основанном на открытых рабочих процессах и стандартах.
Концепция OpenBIM заключается:
• в использовании наилучших (или уже апробированных) в своей области САПР-В1М-продуктов, с помощью которых можно оптимально решать поставленные проектные задачи;
• в интеграции выбранных решений в согласованных форматах совместно с ответственными группами заказчика.
Преимущества OpenBIM следующие:
• использование лучших в своем классе решений (от разных производителей);
• постепенное обновление технологий (эволюция вместо революции);
• не нужны сложное переобучение и внедрение;
• концентрация на узких местах;
• потенциальная интеграция с разными решениями, в том числе имеющими национальную специфику (расчет смет, инженерные расчеты и др.);
• общее развитие вместо развития технологий.
При таком подходе решается вопрос гибридного замещения программного обеспечения (ПО). Иными словами, допускается использование как отечественного, так и импортного ПО, замещение которого сейчас невозможно.
Интеллектуальные транспортные системы и беспилотные транспортные средства
Входящие в число ключевых технологий интеллектуальные транспортные системы (ИТС) интегрируют информационные и телематические технологии и реализуют автоматизированный поиск и принятие самых эффективных сценариев управления транспортно-дорожным комплексом региона, кон-
кретным транспортным средством или группой транспортных средств.
Прорывной технологией в рамках цифровой экономики, безусловно, следует считать создание беспилотных автомобилей, которые в ближайшие годы изменят «ландшафт» автомобильных дорог. По прогнозам экспертов к 2020 г. в мире будет выпущено около 10 млн беспилотных автомобилей. С 2016 г. в России осуществляется работа над проектом «Караван», призванным подготовить федеральные автомобильные дороги России для передвижения беспи-лотников. Определены три первые пилотные зоны: участок дороги в Краснодарском крае; участки дорог М-7 «Волга» от Казани до Набережных Челнов; участок дороги М-11 «Москва — Санкт-Петребург» в районе обхода Вышнего Волочка. В реализации этого проекта задействованы не только отечественные автопроизводители, но и многочисленные исследовательские институты.
Среда взаимодействия
Инфраструктура
Отметим следующие важнейшие обеспечивающие комплексы инфраструктуры, необходимой для функционирования ЦАД:
• ведомственная опорная геодезическая сеть (ВОГС); информационная поддержка жизненного цикла автомобильных дорог требует обеспечения единства координатно-вре-менного пространства; кроме того, ВОГС необходима при развертывании участков автомобильных дорог для движения беспилотных автомобилей;
• распределенная (облачная) инфраструктура дорожных данных, в которую интегрируются различные
банки и базы данных: ЕГРАД, АБДД, АБДМ и др.;
• среда общих данных (СОД) Заказчика, используемая, в частности, при проведении государственной экспертизы результатов проектной и изыскательской деятельности в дорожной отрасли.
Нормативно-правовое и нормативно-техническое регулирование
Новая технологическая революция несет и существенные нововведения в сфере нормативно-технического регулирования. Важно, что новые нормы права зачастую не только обслуживают отрасли экономики, но и ведут их вперед, играя системообразующую межотраслевую роль. Выделим некоторые важные юридические нормы и их применение в дорожном хозяйстве:
• электронная подпись; один из краеугольных камней электронной экономики: она удостоверяет происхождение, легитимность данных; в будущем в дорожной отрасли электронная подпись будет использоваться для самых разных данных (проектных, эксплуатационных, данных с приборов интеллектуальных транспортных систем);
• приоритет электронных реги-страций и измерений; до недавнего времени большинство создаваемых реестров (баз данных) были отражением бумажного архива документов, в будущем все изменится: в реестре будут храниться юридически достоверные электронные документы, а заинтересованные лица смогут получить только информационные справки (выписки) по ним; например, именно по такой схеме уже несколько лет работает Единый госу-
дарственный реестр недвижимости (ЕГРН);
• 3D-модели; признание виртуальных моделей в качестве полноценного объекта права назрело давно; модели дороги важны как результаты проектирования, исполнительной съемки, инвентаризации и пр.
• распределенные реестры; одним из кардинальных методов борьбы с усложнением и укрупнением реестров (баз данных) при условии ограниченных возможностей сетей связи и серверов выступает создание территориально распределенной сети серверов, быстро обрабатывающих запросы пользователей на своей территории и связывающихся с другими серверами;
• технологическая нейтральность; в мире до сих пор не разработаны стандарты на большинство данных дорожной отрасли, поэтому приходится пользоваться проприетарным программным обеспечением и не совместимой электроникой;
• инвентаризация; ей уделяется особое внимание: в разных реестрах хранятся дублирующиеся (зачастую противоречивые) данные; в дорожной отрасли при проектировании, паспортизации, диагностике, ПОДД дублируется сбор данных;
• самоисполняемые контракты; автоматическая фиксация исполнения контракта и взимание платы до сих пор кажутся необычными, но они позволяют ускорить процесс оказания услуг и снизить коррупционную составляющую; в дорожной отрасли примерами самоисполняемых контрактов служат безбарьерная система взимания платы без необходимости остановки при проезде по платным дорогам и автоматическое начисление денег за содержание дорог.
Отметим, что приведенные нормы права в течение 2018-2019 гг. согласно программе «Цифровая экономика Российской Федерации» должны быть реализованы на уровне федеральных законов.
К числу нормативно-технических документов прикладного характера, обеспечивающих информационное моделирование дорог, следует отнести СП, ГОСТ, СТО, Временные рекомендации, разработанные в Госстрое, Госкомпании «Автодор», ФДА «Росавтодор».
Кадры
В стратегии развития цифровой экономики приоритетом должен стать человеческий капитал — подготовленные кадры. Высшая школа с трудом учитывает потребности современной экономики. В МАДИ за последние три года в учебных планах появились дисциплины, непосредственно связанные с информатизацией в дорожном хозяйстве. В рамках бакалавриата это дисциплины «Автоматизированное проектирование автомобильных дорог» и «Геоинформационные системы в строительстве»; в рамках магистратуры появились новые курсы «Автоматизированное проектирование автомагистралей в особых условиях» и «Информационные технологии в дорожном строительстве». В 2018 г. в МАДИ планируется открыть магистратуру по профилю «Информационные системы и технологии в дорожном строительстве», что позволит готовить специалистов, способных заниматься реализацией проекта «Цифровая автомобильная дорога».
Таким образом, цифровая экономика кардинально меняет наши представления о привычных вещах. Появляются новые термины, способные наилучшим образом объяснить происходящие и зарождающиеся процессы. Совсем недавно термин «автомобильная дорога» определялся как «инженерное сооружение, предназначенное для движения автомобилей». Особенность новой технологической революции заключается в инженерной и социально-экономической интеграции смежных систем. Сегодня автомобильная дорога — это объект транспортной инфраструктуры, предназначенный для движения транспортных средств. Недавно объектом исследования в дорожной отрасли была триада водитель — автомобиль — дорога, сегодня это система люди — грузы — транспортные потоки — транспортная инфраструктура — экономика.
Ключевые технологии, обеспечивающие цифровизацию дорожной отрасли, — информационное моделирование и интеллектуальные транспортные системы (ITS). Технология BIM затрагивает деятельность в основном дорожных инженеров, ITS служат цифровым инструментом прежде всего для автомобильных и транспортных инженеров. Стык этих двух сфер деятельности способна обеспечить, говоря языком IT-специалистов, интеграционная шина «Цифровая автомобильная дорога». □
Литература
1. Куприяновский В. П., Уткин Н. А., Намиот Д. Б. и др. Цифровая экономика = модели данных + большие данные + архитектура + приложения? // International Journal of Open Information Technologies. - 2016. - Т. 4. - №. 5. - С. 1-13.
2. Розенберг Е. Н., Уманский В. И., Дзю-ба Ю. В. Цифровая экономика и Цифровая железная дорога// Транспорт РФ. 2017, № 5 (72). С. 45-49.
3. План поэтапного перехода на цифровое проектирование и строительство в Германии: Федер. мин-во транспорта и цифровой инфраструктуры Германии [Электронный ресурс]. Декабрь 2014. URL: http://www.allbau-software.de/phocadownload/BIM%20 in%20Germany.pdf (дата обращения 15.04.2018).
4. Тони О., Гельфгат А., Суворов А. и др. О создании высокоточной координатной системы для проектирования, строительства и эксплуатации высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Санкт-Петербург на основе глобальных навигационных спутниковых систем ГЛО-НАСС/GPS/Galileo // Инж. изыскания. Февраль 2009. С. 48-55.
5. Розенберг И. Н. Основные направления развития ОАО «НИИАС»: прошлое, настоящее, будущее // Труды 5-й науч.-техн. конф. с межд. участием «Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте. Компьютерное и математическое моделирование. ИСУЖТ-2016». М.: НИИАС, 2016. С. 3-8.
6. Гулин В. Н., Миронов С. А., Неретин А. А. Проблема обеспечения единого координатного пространства для объектов дорожной отрасли // САПР и ГИС автомобильных дорог. 2015. № 1 (4). С. 75-83. DOI: 10.17273/ CADGIS.2015.1.10.
7. Сарычев Д. С., Скворцов А. В. Проекты стандартов и регламентов BIM для автомобильных дорог // Там же. 2017, № 1 (8). С. 9-12. DOI: 10.17273/CADGIS.2015.1.10.
8. Бойков В. Н., Скворцов А. В. Геоинформационные системы автомобильных дорог // Дороги России XXI века. 2017. Спец. выпуск № 1. С. 45-52.
9. Скворцов А. В. BIM для дорожной отрасли: что-то новое или мы этим уже занимаемся? // САПР и ГИС автомобильных дорог. 2014., № 1 (2). С. 8-11. DOI: 10.17273/ CADGIS.2014.1.2.
