Применение АСУ в системах связи на транспорте

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВедение

связь транспорт информация

Интенсивный рост автомобильных перевозок и постоянное увеличение автомобилей, вынуждали искать пути совершенствования управления дорожным движением, особенно, в городских условиях. Интенсивно развивались способы, методы и средства автоматизированного управления дорожным движениям. Это связано с тем, что, во-первых, ручные методы регулирования движения исчерпали себя, во-вторых, разработка и производства средств автоматизированной системы управления (АСУД) были поставлены на промышленную основу.

Внедрение АСУД обеспечивает быструю экономическую отдачу и положительно влияет на безопасность движения. Ежегодно получают большой эффект за счет сокращения задержек транспорта, уменьшается расход топлива на передвижение автотранспорта.

Количества дорожной-транспортных происшествий (ДТП) на перекрёстах, оснащенными современными средствами управления движением, на 10 - 15 % ниже, чем на нерегулируемых.

Осложнение дорожно-транспортных условий требует совершенствование и развитие методов и средств управления движением. Если просмотреть этапы развития АСУД, то можно выделить три основных этапов.

На первом этапе были разработаны локальные средства регулирования движения, которые заменили постовых регулировщиков.

Были созданы установки для жесткого регулирования, гибкого управления в зависимости от параметров транспортных потоков, устройства вызывного действия, которые обеспечивали безопасный переход пешеходов через улицу. Эти устройства и методы заменили регулировщиков и обеспечивали в какой - то мере безопасность движения транспорта, а также повысили пропускаемость транспортного потока. Так, применение установок гибкого регулирование снижает задержка транспорта по сравнению с жестким на 10-20% .

На втором этапе были разработаны методы и средства жесткого координированного управления транспортного потоками на отдельных магистралях или на небольших участках дорожных сетей. Были разработаны телемеханические системы координирование, которые обеспечивали работу светофорного сигнализации в режиме “зеленая волна”. Это система позволяет транспорту проехать несколько перекрестков без остановок. При этом возрастает средняя скорость движения транспорта , уменьшается число задержек перед перекрестками. В какой - то степени выравнивается скорость движения транспорта, упорядочивается поток транспорта, что способствует снижению ДТП и обеспечивают безопасность движения авто транспорта.

Третий этап характерен созданием крупных АСУД, которая осуществляет адаптивное управление транспортными потоками на больших городских территориях. Данные системы обеспечены информационно- измерительным и управляющим вычислительным комплексом и благодаря этому они осуществляют контроль параметров транспорта и автоматическое управление транспортными потоками. Основное достоинство поколения средств АСУД данного этапа является чуткое реагирование к изменениям параметров транспортного потока и автоматическое управление на основе обработки информации по транспортным потокам.

Возможно безостановочное движение транспорта на большой территории города при автоматическом управлении светофорной сигнализацией. Особенным достижением в данный период является разработка и создание агрегатной системы средств управления движением (АССУД). На базе этих средств (блоков) компонуется автоматизированные системы различной сложности и назначения.

Постоянное совершенствование методов и технических средств АСУД требует внимание и знание со стороны не только программистов, но и организаторов безопасного дорожного движения транспорта любого вида. Наша задача - ознакомление специалистов автомобильного транспорта работников ГАИ и дорожных коммунальных организацией с основными принципами построения и опытом использование АСУД в городах, а также организацией внедрения и эксплуатации данных систем.

Современная АСУД - это комплекс строительных сооружений, кабельных проводок, сложнейших электронных и логических схем.

ЛЕКЦИЯ 1. Структура АСУ. Основные понятия и определения АСУ

В состав автоматизированных систем управления для обеспечения реализации выполняемых ею функций должны входить следующие основные элементы:

1. Периферийное оборудование, располагаемое на управляемой дорожной сети и состоящее из детекторов транспорта различного назначения, осуществляющих сбор информации о параметрах транспортных потоков, дорожных контроллеров, производящих переключение сигналов светофоров,, многопозиционных дорожных знаков, указателей и других сигнальных устройств, - а также из средств диспетчерской связи и телевидения, входящих в контур диспетчерского контроля за движением. Точки сети, в которых располагается периферийное оборудование системы, будем далее называть пунктами контроля и управления движением (ПКУ). В большинстве случаев ПКУ совпадают с регулируемыми перекрестками.

2. Устройства телемеханики и каналы связи, обеспечивающие обмен информацией между ПКУ и центром управления.

3. Средства вычислительной техники, осуществляющие переработку поступающей с ПКУ информации по выбранным алгоритмам управления и формирование команд на переключение средств дорожной сигнализации, а также комплекс средств централизованного диспетчерского управления движением. Совокупность этого оборудования представляет собой управляющий центр системы.

Возможны различные варианты структурного построения АСУД, отличающиеся друг от друга степенью централизации и числом центров управления (рис.1).

При наличии единого для всей дорожной сети центра управления системой (ЦУС), соединенного линиями связи (ЛС) непосредственно с каждым ПКУ, имеет место структура с полной централизацией (СПЦ) (рис.1a)

В случае если дорожная сеть разбивается на ряд районов, каждый из которых управляется самостоятельным районным центром управления (РЦУ), а работа всех РЦУ в масштабах города координируется ЦУС, речь идет о районированной структуре с общим центром (РСОЦ) (рис. 1. б).

Наконец, третий вариант структурного решения АСУД, показанный на рис.1. в, представляет собой районированную структуру без общегородского центра управления (РСБЦ). Координация работы отдельных РЦУ при решении задач, затрагивающих всю дорожную сеть в целом, осуществляется здесь путем непосредственного обмена информацией между РЦУ, связанными друг с другом по методу полного графа.

Сравнивая эти варианты структурного построения АСУД, необходимо отметить следующее. Основными достоинствами структуры типа СПЦ являются удобство технической эксплуатации средств вычислительной техники, сосредоточенных в едином центре,, возможность реализации высокоэффективного диспетчерского управления, простота организации процесса приема и передачи информации в тракте ЦУС -- ПКУ, К недостаткам данной структуры следует отнести рост протяженности каналов связи по мере возрастания числа ПКУ, территориально удаленных от ЦУС.

К положительным сторонам структуры типа РСОЦ относятся сокращение длины линий связи, поскольку каждый ПКУ связывается только со своим РЦУ, и повышение общей надежности работы системы в целом, так как отказ РЦУ затрагивает лишь соответствующую группу ПКУ. Однако существенными недостатками этого решения являются трудности разделения дорожной сети на районы с неизменными границами и организации управления транспортными потоками на стыках этих районов, сложность осуществления диспетчерского управления в масштабах города, проблемы, связанные с разделением функций между ЦУС и РЦУ и разработкой алгоритмического и программного обеспечения их взаимодействия, неудобства в техническом обслуживании средств вычислительной техники вследствие рассредоточения этих средств по территории города, необходимость затрат на строительство или аренду помещений для; расположения нескольких центров управления.

Сказанное целиком относится и к структуре типа РСБЦ с той лишь разницей, что из-за отсутствия в данной структуре ЦУС здесь значительно осложняется проблема организации обмена информацией между РЦУ. Практически эта структура может применяться при не более двух-трех РЦУ и должна рассматриваться как промежуточная стадия при переходе к структуре типа РСОЦ. На первых этапах развития АСУД структуры типов СПЦ и РСОЦ конкурировали между собой и каждая из них находила применение. В то время весьма сильной стороной структуры РСОЦ являлось обеспечение более высокого уровня надежности системы. Однако по мере совершенствования средств вычислительной техники и снижения их стоимости оказалось возможным и в рамках структуры типа СПЦ путем резервирования УВК обеспечить надежностные характеристики АСУД, не уступающие их значениям для структур типа РСОЦ.

Анализ показывает, что в настоящее время абсолютное большинство всех действующих или вновь разрабатываемых АСУД выполняется только по структуре типа СПЦ, т. е. с единым общегородским центром управления дорожным движением.

Рис. 1. Варианты структурного построения АСУД:

а -- структура с полной централизацией; б -- районированная структура с общим центром; в -- районированная структура без общего центра

Поскольку число ПКУ даже в крупной АСУД исчисляется только сотнями, а число абонентов городской телефонной сети на несколько порядков больше, становится ясным, что проблема выделения каналов связи большой протяженности для АСУД при всей своей сложности вполне разрешима. В дальнейшем в качестве обобщенной структуры АСУД будем рассматривать структуру с общегородским центром управления системой.

Развернутая блок-схема такого структурного построения АСУД представлена на рис. 2.

В центре управления системы (ЦУС) располагаются управляющий вычислительный комплекс (УВК), комплекс диспетчерского управления (КДУ) и центральные полукомплекты устройств телемеханики (УТМ), осуществляющие передачу командной и прием контрольной информации через линии связи (ЛС), соединяющие ЦУС с периферийным оборудованием системы, установленным на дорожной сети.

К периферийному оборудованию относятся: контроллеры светофорные (КС), управляющие переключением светофорной сигнализации (СС) на перекрестках детекторы транспорта (ДТ), производящие сбор информации о параметрах транспортных потоков, контроллеры дорожных знаков (КЗ), управляющие работой многопозиционных дорожных знаков (МДЗ), контроллеры реверсивной полосы (КРП), определяющие режим работы светофоров реверсивных полос (СРП), детекторы приоритетного транспорта (ДП), выделяющие в потоке единицы подвижного состава (ЕПС)--автобусы, троллейбусы, трамваи и специальные автомобили (СА), пользующиеся правом приоритетного проезда через перекрестки, специальные детекторы (СД), к которым относятся детекторы выявления транспортных средств с негабаритными грузами на подъездах к тоннелям и путепроводам, а также датчики метеообстановки (туман, гололед, ветер), и, наконец, передающие телевизионные камеры (ПТК), подключенные к телевизионной линии связи (ТЛС), и постовые телефоны (ПТ), входящие в периферийный состав комплекса технических средств диспетчерского управления. Подключение большинства пунктов установки периферийного оборудования системы к линиям связи происходит через блоки устройств телемеханики УТМ.

Управляющий вычислительный комплекс является главным узлом системы, выполняющим функцию обработки информации об условиях движения, обеспечивающим хранение библиотеки программ работы дорожной сигнализации и наборов параметров, определяющих наиболее характерные ситуации поведения транспортных потоков, а также формирующим командные воздействия на переключение светофоров и иных сигнальных устройств в соответствии с ре

Рис. 2. Обобщенная структурная схема АСУД

ЛЕКЦИЯ 2. Классификация АСУ

Для проведения классификации объектов и явлений необходимо в первую очередь сформулировать цель классификации и определить классификационные признаки. В работе [6] отмечается, что целью классификации АСУП является: описание внедренных и разрабатываемых АСУП с точностью, достаточной для перспективного плана развития работ по созданию АСУП; инвентаризация проектов АСУП, позволяющая систематизировать накопленный опыт разработки АСУП; создание исходной базы для определения требований и норм на стадиях проектирования функционирования АСУП различных классов. Там же (применительно к АСУП с дискретным характером производства) указывается, что «...классификация должна быть основана на сравнительно небольшом количестве грубых оценок АСУП. Она должна удовлетворять требованиям проектирования на базе унифицированных и плановых проектных решений».

В качестве классификационных признаков авторы [6] рекомендуют:

А -- характеристики предприятия (тип производства и размер предприятия, тыс. чел.);

Б -- характеристики автоматизированной части системы управления (охват автоматизацией функций управления с учетом уровня иерархии, объем программ специального математического обеспечения, тыс. команд; уровень автоматизации программирования, состав основных средств вычислительной техники);

В -- характеристики взаимосвязи автоматизированной части и объекта управления (способ связи с объектом, назначение основных алгоритмов управления, периодичность взаимодействия по выходу).

Рассматривая более широкий класс автоматизированных систем управления (АСУ), можно предложить и иные подходы к классификации АСУ. По мере расширения области применения АСУ и совершенствования методов их создания меняются требования, области применения и методика классификации АСУ, значительные изменения происходят и в терминологии. Так, приведенное

в действующем ГОСТе [22] определение АСУ как человеко-машинной системы, обеспечивающей сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности, не полностью характеризует функционирующие и создаваемые системы. Многие действующие системы не ограничиваются сбором и обработкой информации, а, производя распознавание состояния объекта управления, выдают (и реализуют через соответствующие устройства) управляющие воздействия. Неслучайно поэтому некоторые авторы предлагают и другие определения АСУ.

Для возможности учета особенностей исследуемых объектов управления и предварительного определения укрупненных характеристик планируемой АСУ целесообразно использовать классификации систем, проводимые по следующим четырем основным признакам [35]: 1) степени автоматизации, 2) уровню управления, 3) интервалу управления, 4) функциональному назначению. Несмотря на большое разнообразие объектов, подверженных различным видам возмущающих воздействий (станки, технологические процессы, группы технологических агрегатов, коллективы людей, промышленные, культурные, медицинские или сельскохозяйственные предприятия и т. д.), можно указать на их некоторые общие свойства, результаты анализа которых являются исходными для принятия основных принципиальных решений при создании АСУ. В качестве исходной модели рассмотрим укрупненную схему технологии сбора, передачи, обработки информации и выбора управляющих воздействий на объект управления (схема 1).

На вход любого объекта подаются ресурсы (материалы, полуфабрикаты, энергия и т. д.), на выходе фиксируется конечная продукция. На входе и выходе объекта производится сбор информации, которая поступает в центры хранения и предварительной обработки. Затем происходит истолкование информации с целью анализа состояния объекта, при этом учитываются директивные указания вышестоящих уровней. Информация конкретизируется в виде модели, отражающей конкретные цели и критерии функционирования объекта в рассматриваемом интервале времени. Когда состояние объекта определено и намечена траектория его движения, необходимо произвести расчеты вариантов плана действий с учетом нормативных данных. Полученные варианты проектов решения согласовываются с основными целями и критериями. После выполнения всех необходимых расчетов наступает этап выбора управляющих решений (воздействий). Поскольку управляющее воздействие реализуется применительно к объекту управления, меняет его состояние, то следует внести коррективы в модель системы.

Для повышения эффективности вырабатываемых решений нужно учитывать влияние внешней среды и в первую очередь возмущающих воздействий. Информация об этих воздействия; поступает (штриховая линия) как в блок хранения исходной информации, так и оперативно используется при выборе управляющего воздействия (блок выбора управляющего воздействия).

Схема 1. Укрупненная схема технологии сбора, передачи, хранения и обработки информации

Приведенная схема является достаточно общей и в зависимости от конкретных функций, реализуемых объектом управления и управляющей системой, и методов их реализации может быть описана в соответствии с классификационными признаками.

По степени автоматизации автоматизированные системы могут быть разделены на информационные, информационно-советующие и управляющие.

Информационная система (схема 2). Всякий производственный процесс имеет управляемые переменные, на которые можно целенаправленно воздействовать, и неуправляемые, которые в каждой конкретной ситуации не поддаются изменению.

Схема 2. Информационная система

На входе и выходе объекта управления установлены измерительные элементы {ИЭ), с помощью которых собирается информация о входных характеристиках, результатах функционирования объекта и исследуемых процессов. Эта информация направляется на ЭВМ. Будучи переработанной по заранее заданным алгоритмам, ин формация в удобном для восприятия человеком виде поступает на устройство регистрации параметров процесса (УРПП). Оценивая полученную информацию, оператор формулирует, управляющие воздействия и через управляющие органы (УО) реализует эти воздействия, изменяя значение управляемых переменных. Регистрируемые результаты работы автоматических устройств управления используются в дальнейшем обычно при статистическом анализе характера протекания технологических процессов. Таким образом, основное назначение информационной системы заключается в обеспечении оператора необходимой информацией, представленной в удобном для восприятия виде.



Схема 3. Информационно-советующая система

Информационно-советующая система (схема 3). Информация, собранная с помощью измерительных элементов о функционировании объекта управления и состоянии внешней среды, поступает на ЭВМ. Последняя, используя комплекс программ, обрабатывает информацию по заданным алгоритмам. Результаты обработки в удобном для восприятия оператором виде поступают на выводное устройство (печать, видеозапись и т. д.) в виде совета. Оператор использует эту информацию и с учетом дополнительных сведений, поступающих по другим (помимо АСУ) каналам, вырабатывает управляющие воздействия. Наличие обратной связи -- фиксация в памяти ЭВМ принимаемых решений -- придает системе свойства самообучающейся АСУ. Таким образом, информационно-советующая система наряду с выдачей информации и фиксацией необходимых характеристик объекта и процессов, т. е. выполнением функций информационной системы, подготавливает определенные предложения и рекомендации оператору, например режим и график работы в данной конкретной ситуации. При этом окончательное принятие решений остается за человеком (отсюда термин «информационно-советующая система»).

Управляющая система. Данная система отличается от информационно-советующей тем, что вырабатываемые ЭВМ советы могут быть реализованы через управляющие органы (УО) без вмешательства человека. Оператор (схема 4) не включен непосредственно в контур управления, но может корректировать вырабатываемые ЭВМ советы. Примером управляющей системы могут служить некоторые типы АСУТП, если конечному числу состояний объекта управления соответствует конкретное число возможных управляющих воздействий, т. е. когда техническими средствами практически реализуется закон необходимого разнообразия.

Классификация по уровню (иерархии) управления. Применительно к различным уровням управления разработаны или разрабатываются разные АСУ, начиная от управления отдельным технологическим процессом (АСУТП), комплексом технологических процессов, цехом, производством и кончая АСУО. (Системы более высокого ранга здесь не рассматриваются.) Четкая классификация по уровню управления обнажает связи между иерархиями системы, создает предпосылки для продуктивного исследования взаимного влияния параметров этих связей и определения места и роли локальных АСУ (с учетом горизонтальных связей) в общей системе автоматизированного управления. Такая классификация способствует определению внутреннего содержания подсистем каждого уровня, которое, естественно, меняется как по составу и объему решаемых задач, времени их решения, требованиям к КТС, так и по важности (ценности) решения для системы в целом. Данная классификация позволяет провести синтез различных элементов и выполняемых ими функций по организационному признаку, конкретизировать понятие «сложность» и «масштабность» систем, увязать уровни для согласования их функционирования, создать предпосылки для разработки интегрированных, в том числе организационно-технологических АСУ.

Классификация по времени управления. Необходимость увязки функционирования отдельных звеньев любой (тем паче сложной) системы во времени очевидна, особенно для предприятий с дискретным характером производства. Содержание комплекса управляющих операций (от перспективного планирования до внутрисменного регулирования -- диспетчеризации и далее к управлению быстропротекающими процессами) в значительной степени определяет допустимый интервал времени на подготовку, принятие и реализацию решения.

Схема 4. Информационно-управляющая система

Увеличение скорости протекания производственных и технологических процессов при одновременном росте объемов информации об управляемых объектах и процессах предъявляет повышенные требования к производительности систем сбора, передачи и, главное, переработки информации. В свою очередь, скорость подготовки (получения) решения в значительной степени обусловливает требования к конфигурации вычислительной системы и всего КТС, к системе математического обеспечения, к структуре информационной базы и к другим существенным элементам АСУ. Рассмотрение на конкретных примерах (или фрагментах принятия решений на стадии технического задания) связей между получением некоторых желаемых услуг от АСУ и требований к создаваемой системе -- в том числе к ее реальному быстродействию -- позволит подойти к оценке возможностей современных АСУ, сопоставить желаемое и действительное.

Классификация по функциональному признаку. Каждая система (подсистема) управления предназначена для выполнения вполне определенных функций. Система управления технологическим процессом обеспечивает реализацию заданных режимов переработки исходного сырья, материалов или полуфабрикатов в конечную (или промежуточную) продукцию. При этом в зависимости от поставленной цели может быть реализована одна или несколько заданных функций: стабилизация отдельных технологических параметров; регулирование (или программное изменение) технологического режима; однотактное логическое управление отдельными операциями или аппаратами (автоматические переключения, блокировки и т. п.) ; программное логическое управление агрегатами по «жесткому» циклу (числовое программное управление станком, управление манипуляторами); оптимальное управление процессом в целом (управление комплексно-автоматизированным участком станков с ЧПУ).

Часто системы управления технологическими процессами выполняют информационные функции: обобщенная оценка и прогноз состояния оборудования и хода процесса (распознавание ситуаций, диагностика аварий, поиск «узкого места», выявление и прогноз развития тенденций в процессе и т. д.), передача данных в другие системы управления (что необходимо при работе АСУТП в рамках АСУОТ) и т. д.

Организационно-экономическое управление, осуществляемое на уровнях цеха, предприятия, объединения, также реализуется по функциям. В справочном пособии [6] помимо общей схемы классификации приводится поэлементная, в том числе схема классификации функциональных задач управления АСУП. Используемые классификации АСУ, не являясь исчерпывающими, все же значительно облегчают решение многих задач проектирования конкретной системы [35]. Так, функциональный признак позволяет выделить целевую направленность анализа и проектирования, временной -- увязать функционирование отдельных подсистем во времени, степень автоматизации -- согласовать уровень подготовленности системы и целесообразность автоматизации конкретных функций управления с имеющимися техническими возможностями.

ЛЕКЦИЯ №3.Принципы функционирования АСУД

Особенности АСУД, определяющие в существенной степени основные принципы их построения считается следующими.

Современные АСУД создаются как общегородской системы, зоной действия которой является вся городская дорожная сеть. Отсюда выражается единый системный подход к управлению движением транспортных потоков. Сеть и потоки в городах становятся единым организмом, требующим единого системного управления. Общегородской характер АСУД требует повышение степени централизации управления. Все это требует в крупных городах иметь огромное количество пунктов управления и контроля за движением, оборудованием и аппаратурой автоматики, находящихся на значительном удалении от центра управления.

В автоматике системы управления, охватывающие большое число разобщенных объектов, участвующих в едином технологическом процессе называются телеавтоматическими системами. Иначе АСУД называются ТАСУД.

Известно, городская уличная сеть состоит из перекрестков и перегонов улиц между соседними перекрестками. Управления транспортным потокам производится через средства светофорной сигнализации и дорожные знаки, которые расположены в основном на регулируемых перекрестках. Поэтому перекресток выступает как пункт контроля и управления движением.

Отсюда мощность АСУД определяется числом регулируемых перекрестков, входящих в систему. АСУД в городах принципиально отличается от АСУД на скоростных магистралях, где управляющие воздействия на транспортный поток осуществляется на перегонах автомобильной дороги.

Считается, что АСУД - это система, действующая в реальных условиях, в которой осуществляется формирование воздействий на исполнительные органы, притом в темпе, соответствующем изменений условий движения транспорта. В связи с тем, что длительность фаз и потоков светофорной сигнализации исчисляются секундами, то ставится вопрос о необходимости сбора, обработки и формирования воздействий с дискретностью соизмерной с 1 сек. Такие требования к вычислительному комплексу системы и устройств передачи системы.

При практическом проектировании АСУД реализуются несколько контуров автоматического управления.

1. контур локального жесткого управления. В данном контуре управление движением осуществляется в зоне одного перекрестка по жесткой, заранее заданной программе. В некоторых случаях может быть несколько программ, включающих в течение суток.

2. контур локального или местного гибкого управления. Управление движением транспорта осуществляется на одном перекрестке, по длительность сигналов светофора определяется по измеряемым данным транспортного потока.

3. контур жесткого координированного управления. Осуществляется синхронизация светофорных сигналов на магистрали или в небольшом районе по жесткой, заранее заданной программе координации “Зеленая волна”. Может быть создано несколько программ, действующих в течение суток, для различного времени. Выбор осуществляется автоматически с помощью реле времени или диспетчером системы. Программа составляется на основании статических данных о параметрах транспортного патока, способствующих снижению задержек транспорта, уменьшение количества остановок автомобилей и т.д. по сравнению с некоординированным управлением.

4. контур гибкого координированного управления. В процессе управления осуществляется выбор и коррекция программ координации по реальным параметрам транспортных потоков, получаемых в результате изменения условий движения транспорта.

5. контуры ручного и диспетчерского управления реализуются в непредвиденных условиях. Ручное управление применяется на перекрестках постовым регулировщиком с помощью выносного пульта управления. Диспетчерское управление осуществляет дистанционное управление исполнительными органами на одном перекрестке или одновременно на нескольких перекрестках.

Диспетчерское управление движением на нескольких перекрестках осуществляют с целые безостановочного движения специальных автомобилей в режиме “зеленая улица”. Информация о месте нахождения специального автомобиля поступает от специальных детекторов. На основании данной информации автоматически определяется время включения светофорных сигналов, разрешающих движение.

Классификация систем АСУД.

АСУД классифицируется по области применения и сложности функционирования.

Первый признак классификации - по области применения - различает системы трех уровней.

АСУД первого уровня (АСУД1) управляет движением на отдельных перекрестках. Могут быть задействованы контуры локального, жесткого и гибкого управления, а также контур ручного управления.

АСУД второго уровня (АСУД2) управляет дорожным движением на участке дорожной сети (магистралях и в небольших районах). Помимо контуров АСУД1 в этой системе действуют контур жесткого координированного управления, а также может задействован контур диспетчерского управления.

АСУД третьего уровня (АСУД3) управляет движением в крупных городских районах со сложными дорожно-транспортными условиями. В этой системе задействованы все контуры управления, приведенные в АСУД1 и АСУД2. кроме этого часть контуров может работать совместно, например, контуры гибкого координированного управления и локального гибкого управления.

Второй признак классификации систем - по сложности функционирования - отражает наличие в них основных контуров управления движением.

По данному признаку различают следующее типы систем:

- в системах первого уровня (АСУД1) - с локальным однопрограммным жестким управлением (АСУД1 - 1); с локальным гибким управлением (АСУД1 - 2); с локальным гибким управлением (АСУД1 - 3);

- в системах второго уровня (АСУД2) - с жестким координированным управлением (АСУД2 - 1) и с контуром диспетчерского управления (АСУД2 - 2).

- В системах третьего уровня (АСУД3) классификация по контурам управления обычно не используется, так как включение их в систему осуществляется при наличии основного контура гибкого координированного управления.

Основные элементы системы АСУД.

В АСУД используются средства, разработанные специально для этих систем, и промышленностью выпускаемых устройств. Все средства автоматизации АСУД можно разделить на два крупных комплекса:

- комплекс технических средств;

- программные средства;

Комплекс технических средств в свою очередь включает следующее оборудование: 1. периферийное, который устанавливают по дорожной сети, к ним следует отнести детекторы транспорта (ДП), определяющие первичную информацию о параметрах транспортного потока (интенсивность, скорость движения, плотность потока и т.д.); дорожные контроллеры (ДК), предназначенные для переключения светофорной сигнализации, управляемых знаков и указателей скорости; устройства (блоки) для обмена информацией (БОИ) между ДК и устройства пункта управления (УП). В последних устройствах различаются центральные (БОИЦ) и периферийные комплекты (БОИК), вспомогательное и оконечное оборудование, в которое входят управляемые знаки (УЗН), указатели скорости (УСК), табло вызова зеленого сигнала пешеходом (ТВП), выносной пульт управления светофорной сигнализацией на перекрестке для инспектора ГАИ (ВПУ).

2. устройства управляющих пунктов (УП). Эти устройства предназначены для автоматического и диспетчерского переключения световой сигнализации. К ним относятся пульты диспетчерского контроля и управления (ПКУ), координаторы (КР), обеспечивающие диспетчерское и жесткое координированное управление; управляющие вычислительные комплексы (УВК), которые являются основным элементом в контуре гибкое координированное управление.

3. Контрольно - диагностическая аппаратура (КДА), которая служат для проверки правильности функционирования устройств системы и поиска неисправности при отказе их.

Для выбора типа системы используются зависимость, который устанавливает связь между населением Х₁ (млн. чел), количеством зарегистрированного транспорта Х₂ (тыс. привед. единиц), суточной интенсивностью на основных въездах в город Х₃ (тыс. привед. единиц), структурой дорожной сети города и типом АСУД.

ЛЕКЦИЯ 4. Информационное обеспечение АСУ

Информационное обеспечение является совокупность единой системы классификации и кодирование, унифицированных систем документации и массивов информации, которые используется в АСУ.

Любое управление осуществляется на основе информации. Автоматизированная система управления строится на машинной обработке информации. Сама информация не материальна и поэтому необходимо, регистрировать ее записью на каких-либо материальных носителях. В качестве носителей информации служили береста, глиняные дощечки, ткани, кожа, бумага и т. д. Однако с ростом объема информации носителей не удовлетворяет спрос регистрации, накопление информации.

С появлением электронных вычислительных машин появилась возможность записи регистрации на машинные носители информации: перфокарты, перфолента, мягкие ленты, магнитные диски, магнитные барабаны. Эти носители позволяют записывать и хранить большие объемы управленческой информации. Также эти носители облегчали ввод информации в ЭВМ и ее обработку.

Перфокарта- лист тонкого картона на кот. информация отображается в виде прямоугольных отверстий.

Перфолента - бумажная или целлулоидная лента на кот. информация записывается в виде круглых отверстий. Пробивка отверстий проводятся перфоратором.

Магнитная лента- лента с магнитным покрытием. Принцип записи информации - намагничивание отдельных участков диска, и она размещается на концентрических дорожках с обеих сторон диска.

Магнитный диск - диск из алюминия с магнитным покрытием. Записывается информация путем намагничивания отдельных участков диска, и она размешается на концентрических дорожках с обеих сторон диска.

Магнитный барабан - цилиндр, изготовленной из металла, на внешней стороне которого нанесен тонкий магнитный слой. Информация располагается на специальных магнитных дорожках.

Помимо указанных в качестве носителей информации используются магнитные кассеты, электронно-лучевые трубки, устройства, выполненные на кристаллах и т.д.

В качестве информации могут быть первичные данные о параметрах каких - либо объектов, справочно-информационные показатели, указы, директивы и т.д.

Кодирование информации.

Информация, необходимая для ввода в машину, необходимо преподнести в таком виде, который позволила бы машине провести какие - либо действия над информацией.

Кодирование информации необходимо для перевоза содержания сообщений с языка, принятого в общении между людьми, на язык машины.

Бывают несколько системы кодирования информации: порядковая, серийная и серийно - порядковая система.

Порядковая система применяется для кодирования устойчивых и простых объектов, обладающим одним признаком. По этой системе кодируют следующим образам: зима - 1, весна - 2, лето - 3, осень - 4.

Серийная система служит для кодирования объектов с двумя признаками и присваивает каждой группе однорядных признаков серии кодов.

Например, автобусные маршруты по этой системе можно закодировать кодом, состоящим из 4 знаков, где первый знак обозначает вид сообщения (пригородный, городской и т.д.), а второй, третей и четвертый знаки - порядковые номера маршрутов внутри вида сообщений.

Серийно - порядковая система применяется для кодирования объектов, обладающих многими признаками. Например, для кодирования материалов, комплектующих изделий, запасных частей и т.д. Код состоит из10 знаков. Два знака присваивают классу, по одному знаку - подклассу, группе, подгруппе, виду и четыре знака - серийно по - порядковой части.

Коды агрегатов, запасных частей располагаются в пределах от 453000000 до 4598000000.

Математическое обеспечение АСУ.

Машина не живой человек, не имеет воли и сознания. Чтобы задействовать машину для получения необходимых решений, необходимо управлять машиной, задействовать те действия, которая должна она выполнять.

Предписание машине преподносят в виде программы.

Программой называют алгоритм решения задачи, заданной в форме воспринимаемой машиной, т.е. на машинном языке. Программа решает, какие действия, в какой последовательности и над какими данными должна выполнить машина, чтобы получить нужный результат. Программа находится в машине при решении задачи в виде определенной совокупности кодов.

Алгоритм - это точное описание способа решения задачи для получения нужного результата.

Пример алгоритма.

Найти наибольшей общий делитель для двух чисел а и в.

Указания 1. сравни а и в. переход к следующий указ.

Указания 2. если а = в, то каждое равно общий делите льни процесс остановить. Если нет, переходи к следующему указу.

Указания 3. если а < в, 2 < 4, поменять их местами . Переходи к следующему указу.

Указания 4. вычитай второе из первого. Переходи к следующему указу. в - а. 4 - 2 = 2

Указания 5. обозначь вычитаем как а, а остаток как в. а и в (т.е. 2 и 2).

Переходи к следующему указу необходимо вернутся к первому указанию и повторить процесс. Повторить до тех пор пока не будут выполнено указания 2.

Составление программы заключается в форме, которая позволить ввести его в машину с последующим перевод на машинный язык. Эту работу проводит программист, который записывает алгоритм на один из языков программирования.

Язык программирования называется алгоритмический язык, предназначенный для записи программы и данных. При помощи символов и правил. Символы и правила в различных языках может быть различными, но должный выражать единую смысловое значение. Например нож.

Языки программирования - АЛГОЛ, КОБОЛ, фортрин ПЛ, БЕСЕК и т.д.

ЛЕКЦИЯ 5. Назначения и виды систем и средств связи на транспорте, их характеристика

Основой информационного блока являются оперативные данные о реальном состоянии дорожного движения (трафике) на автодорогах. Например, их можно получить по телекоммуникационным каналам от государственных органов или коммерческих компаний, занимающихся бизнесом в организации движения по автомагистралям. От полноты и достоверности получаемых сведений зависит качество управленческих решений по планированию перевозок в реальных условиях протекания стохастического процесса на улично-дорожной сети. В процессе управления должны быть реализованы принципы выбора приоритетов и рациональных технологий, а также обоснована потребность в необходимых ресурсах.

Основная цель разработки АСУ АТП -- повышение эффективности работы ПС путем централизации функции планирования перевозок и оперативного управления транспортным процессом. Повышение эффективности использования ПС и снижение затрат на перевозки в данной подсистеме предусматриваются за счет минимизации потерь рабочего времени по организационным причинам, уменьшения удельного веса порожних пробегов и величины сверхнормативных простоев автомобилей под погрузочно-разгрузочными операциями, повышения коэффициента использования грузоподъемности транспортных средств и сокращения расстояний перевозок за счет оптимизации маршрутов.

Прогнозировать возмущения, влияющие на ритмичность и точность выполнения сменно-суточного плана (ССП) перевозок, дают возможность следующие действия:

оптимизация заявок на ПС с учетом выполнения двусторон них договорных обязательств;

выявление соответствия производительности погрузочно-разгрузочных механизмов заявке клиентуры на ПС;

· выработка вариантов переадресовки автомобилей в оперативном режиме с учетом дислокации ПС в данный интервал планирования;

· создание обоснованного резерва автомобилей;

· разработка новой схемы расчета ССП.

Планировать работу с каждым клиентом следует так, чтобы минимизировать возможность невыполнения ездок или отклонений от заданных временных интервалов. Во многих случаях такое планирование необходимо осуществлять с помощью имитационного моделирования. В этом случае требуется знание законов распределения времени обслуживания у каждого клиента и движения автомобилей на маршрутах.

Тогда для каждого клиента и маршрута можно рассчитать необходимое число единиц ПС для выполнения заданного объема работ более точно. По-видимому, в некоторых случаях (особенно если учесть расширение клиентуры и необходимость выполнения временных лимитов в соответствии с договорными обязательствами) работу ПС планировать следует не на всю смену, а лишь на часть ее. С внедрением АСУ АТП создается реальная возможность для оперативного вмешательства в организацию перевозочного процесса. По согласованию с клиентами возможна загрузка ТС, когда следует учитывать попутно и направление. Естественно, к транспортному обслуживанию населения или непрерывного производственного процесса такой подход невозможен.

При формировании ССП следует учитывать, что переадресовка ПС возможна либо в случае поступления новых более приоритетных заявок, либо при отставании в выполнении плана по приоритетным клиентам, либо при изменении условий работы у клиента. Хотя такие процессы затрагивают лишь небольшую часть ССП, это не снижает значимость работы управленческих звеньев.

Для организации четкого диспетчерского руководства ПС транспортное предприятие должно располагать достаточными техническими средствами для обеспечения бесперебойной оперативной связи между центральной диспетчерской предприятия и линейными диспетчерскими пунктами, а также постоянными пунктами отправления и получения грузов. Дальнейшее совершенствование диспетчерского руководства требует организации связи оперативно-диспетчерской службы непосредственно с водительским составом. Понятно, что внедрение полномасштабной автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) сопряжено с массой проблем и, прежде всего, с высокой стоимостью подобных систем.

Но предприятия и фирмы все активнее начинают заниматься поиском приемлемых вариантов развертывания подобных систем, поскольку старые управленческие технологии становятся тормозом развития.

Типичным примером разработки и внедрения АСДУ грузовыми автоперевозками служит ОАО «Первый автокомбинат» города Москвы. В начале 1990-х годов это предприятие перешло на автоматизированное планирование перевозок железобетонных изделий к строящимся объектам, ориентированное на использование персональных ЭВМ и представляющее собой дальнейшее развитие автоматизированной информационно-плановой системы «ПАМИР». Имея банк необходимых исходных данных, содержащий информацию о кратчайших расстояниях между вершинами транспортной сети (ТС), марках ПС, списочном парке предприятия, списочном составе водителей, диспетчер центра управления перевозками (ЦУП) комбината на основе выданного программой решения производит отбор маршрутов с точки зрения рациональности перевозочного процесса. Далее он формирует сменно-суточные задания водителям с последующей распечаткой путевой документации и план-заданий. Обработка путевых листов также автоматизирована (рис. 4.1).



Рис. 4.1. Схема оперативного планирования перевозок ЖБИ

Базовой информацией к расчету является модель ТС и справочник указателя проездов Москвы, постоянно обновляемые в информационно-вычислительном центре автокомбината. После привязки объектов строительства к вершинам модели ТС выполняется расчет рациональных маршрутов. Далее выполняется планирование работы ПС, где используется алгоритм решения «задачи о загрузке» и «задачи о назначениях». Представленные задачи по математической постановке эквивалентны задаче о разбиении множества на минимальное количество подмножеств с ограничениями по их характеристикам.

Принцип организации работы ПС ориентирован на первом этапе на централизованное планирование, а в последующем, при наличии сбойных ситуаций -- на перераспределение ТС вне зависимости от ранее выполненного закрепления автомобилей за определенными строительными объектами. Полномасштабное развертывание АСДУ в режиме оперативного планирования и управления перевозками ЖБИ позволило сократить транспортные издержки, связанные с нарушениями доставки, за счет сокращения времени доставки и повышения ее ритмичности.

Рассматривая схему планирования перевозок, характерную для доставки грузов потребителям своим или привлеченным транспортом, когда координация процесса перевозок осуществляется диспетчером и менеджером, следует сказать о необходимости адаптации «жестких» алгоритмов решения задач. Использование подобных адаптированных «гибких» алгоритмов называют системами поддержки принятия решений (СППР), относящимися к классу интеллектуальных систем.

Рассматривая систему транспортировки, например потребительских товаров со склада в магазины (рис. 4.2), к входящим информационным потокам следует отнести:

« информацию о наличии грузов на складах грузовладельцев -- номенклатура, количество, сроки хранения, транспортные свойства (вид упаковки и пр.);

· информацию о наличии ПС -- количество и тип технически исправных автомобилей, имеющихся в распоряжении службы орга низации перевозок или тех, что могут быть заказаны на условиях почасовой (или другого вида) оплаты;

· заявки потребителей -- адреса пунктов завоза, количество за возимого груза и время (интервал времени) завоза;

- оперативные данные о состоянии транспортной сети региона. К исходящим информационным потокам относятся:

· составленный сменно-суточный план перевозок (система маршрутов, маршрутная сеть), передаваемый конечным исполнителям;

· рассчитанный интервал времени прибытия автомобиля, его государственный номер и другая подобная информация, передаваемая получателям грузов.

Третий вид информационных потоков -- обратная связь, т.е. оперативная информация о ходе перевозочного процесса и обо всех возникающих сбоях. На основе этой информации диспетчер, используя СППР, производит изменение маршрутов (либо, если это невозможно, выпускает резервный ПС или информирует клиентуру об изменении графика завоза) и дает соответствующие указания водителям.



Рис. 4.2. Схема информационных потоков в системе доставки грузов

В связи с разнообразием задач планирования и управления работы ПС становится все более актуальной идея стандартного представления данных в виде единой информационной базы системы транспортного обслуживания клиентов, удовлетворяющей требования различных категорий пользователей -- грузоотправителей, заказчиков, перевозчиков. Наличие такого стандартного представления, во-первых, существенно облегчит работу по проектированию маршрутных сетей и схем доставки при переходе от одной задачи к другой, во-вторых, позволит использовать общий принципиальный подход и единые алгоритмы планирования транспортного процесса, что значительно упростит взаимодействие всех его участников.

Современный уровень развития аппаратных и программных средств с некоторых пор сделал возможным повсеместное ведение баз данных оперативной информации на разных уровнях управления.

В последние годы оформился ряд новых концепций хранения и анализа корпоративных данных:

1. хранилища данных;

2. оперативная аналитическая обработка;

3. интеллектуальный анализ данных (Data Mining).

Одновременный анализ по нескольким измерениям определяется как многомерный анализ. Каждое измерение включает направления консолидации данных, состоящие из серии последовательных уровней обобщения, где каждый вышестоящий уровень соответствует большей степени агрегации данных по соответствующему измерению. Так, измерение «Исполнитель» может определяться направлением консолидации, состоящим из уровней обобщения «предприятие -- подразделение -- отдел -- служащий». Измерение «Время» может включать два направления консолидации: «год -- квартал -- месяц -- день» и «неделя -- день», поскольку счет времени по месяцам и по неделям несовместим. В этом случае становится возможным произвольный выбор желаемого уровня детализации информации по каждому из измерений. Операция спуска соответствует движению от высших ступеней консолидации к низшим; напротив, операция подъема означает движение от низших уровней к высшим (рис. 4.3).

В специализированных СУБД, основанных на многомерном представлении, данные организованы не в форме реляционных таблиц, а в виде упорядоченных многомерных массивов:

1. гиперкубов (все хранимые в БД записи должны иметь одинаковую размерность);

2. поликубов (каждая переменная хранится с собственным на бором измерений, и все связанные с этим сложности обработки перекладываются на внутренние механизмы системы).

Рис. 4.3. Измерения и направления консолидации данных

В свою очередь, реляционные СУБД (системы ROLAP) обеспечивают значительно более высокий уровень защиты данных, хорошие возможности разграничения прав доступа, и в большинстве случаев корпоративные хранилища данных реализуются средствами именно реляционных СУБД, даже при том, что главный недостаток ROLAP по сравнению с многомерными СУБД (MOLAP) -- меньшая производительность. Только при использовании «звездообразных» схем построения СУБД (не следует путать с одной из схем топологии ЛС) производительность хорошо настроенных реляционных систем может быть приближена к производительности систем на основе многомерных баз данных.

Идея схемы «звезда» (star scheme) заключается в том, что имеются таблицы для каждого измерения, а все факты помещаются в одну таблицу, индексируемую множественным ключом, составленным из ключей отдельных измерений (рис. 4.4).

В сложных задачах с многоуровневыми измерениями имеет смысл обратиться к расширениям схемы «звезда» -- схеме «созвездие» (fact constellation scheme) и схеме «снежинка» (snowflake scheme). В этих случаях отдельные таблицы фактов создаются для возможных сочетаний уровней обобщения различных измерений (рис. 4.5). Это позволяет добиться лучшей производительности, но часто приводит к избыточности данных и к значительным усложнениям в структуре БД, в которой оказывается огромное количество таблиц фактов.

Рис. 4.4. Пример схемы «звезда»

В сфере OLAP не может существовать однозначных рекомендаций по выбору инструментальных средств. Один из основных вопросов: требуется ли создание БД жестко заданной структуры или можно анализировать данные, собранные в ранее созданных базах (в случае ROLAP)?

Рис. 4.5. Пример схемы «снежинка» (фрагмент для одного измерения)

...