Международный студенческий научный вестник. Информационные технологии и мониторинг на транспорте

1. Автопилот - устройство или программно-аппаратный комплекс, ведущий транспортное средство по определённой траектории. Наиболее часто автопилоты применяются для управления летательными аппаратами, в связи с тем, что полёт происходит обычно в пространстве, не содержащем большого количества препятствий, а также для управления транспортными средствами, движущимися по рельсовым путям. Современный автопилот позволяет автоматизировать все этапы полёта или движения другого транспортного средства.

2. GPS- обеспечивающие измерение времени и расстояния навигационные спутники; глобальная система позиционирования - спутниковая система навигации. Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов.

Основной принцип использования системы - определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами - спутников.

3. Карпьютер или Онбордер (англ. carputer, англ. onboarder) (другие названия -- онборд, автомобильный компьютер, car PC, компьютер) -- аналог домашнего персонального компьютера, установленный в автомобиле и специально предназначенный для работы в машине. Онбордеры используются для автонавигации, соединения с интернетом, развлечения. Возможности онбордера объединяют функциональность традиционных устройств узкого назначения (автомагнитол, навигаторов, DVD-плееров) с возможностями персонального компьютера.

4. Парковочный радар

5. Автосигнализация - электронное устройство, установленное в автомобиль, предназначенное для его защиты от угона, кражи компонентов данного транспортного средства или других вещей, находящихся в автомобиле.

32 Понятие об интеллектуальных трансп системах

Интеллектуальная транспортная система – это комплексная система оптимизации управления транспортными сетями (ТС) и средствами в масштабе реального времени, обладающая свойствами адаптивности, ситуационного анализа и планирования (предсказания).

Назначение и основные функции

Повышение пропускной способности транспортных сетей

Обеспечение комплексной безопасности:

Социально-экономической

Снижение смертности и аварийности

Криминогенности

Экологической

Техногенные катастрофы

Загрязнение окружающей среды

Оптимизация затрат на модернизацию и развитие дорожной сети

33 Основные методы оптимизации транспортных процессов.

О дним из методов решения эксперементальных задач, в том числе и эксперементальных, свзянных с оптимизацией управления перевозочными процессами, является динамическое программирование или использование динамических моделей. Характерные особенности в задачах:

Неоднозначность результата (многовариантность решения).

Возможность деления вычислительного процесса на этапе. (этапность решения).

Общий критерий, который представляет собой сумму частных критериев на этапах (адетивность критерия).

С помощью динамического программирования решаются задачи, связанные с процессами, которые можно разделить на некоторое число этапов или шагов. Оптимизация управления на каждом этапе в отдельности не обеспечивает оптимизацию в процессе в целом, если число этапов и возможность решения на каждом этапе ограничена, то оптимальное решение в целом можно найти путём перебора всех возможных вариантов. Принцип оптимальности впервые был доказан Бэллманом. Оптимальная стратегия начиная с любого этапа не зависит от предыдущей стратегии, а лишь от состояния системы на данном этапе, т.е. от решений на последующих этапах.

Существуют ещё методы математического анализа в оптимизации перевозочного процесса, методы математического моделирования, теории графов, математического программирования, теории вероятностей, линейного и динамического программирования и теории потоков в сетях.

Существуют ещё методы математического анализа в оптимизации перевозочного процесса, методы математического моделирования, теории графов, математического программирования, теории вероятностей, линейного и динамического программирования и теории потоков в сетях

Помимо того, оптимизационные методы делятся на следующие группы:

аналитические методы (например, метод множителей Лагранжа и условия Каруша-Куна-Таккера);

численные методы;

графические методы.

В зависимости от природы множества X задачи математического программирования классифицируются как:

задачи дискретного программирования (или комбинаторной оптимизации) -если X конечно или счётно;

задачи целочисленного программирования - если X является подмножеством множества целых чисел;

задачей нелинейного программирования, если ограничения или целевая функция содержат нелинейные функции и X является подмножеством конечномерного векторного пространства.

Если же все ограничения и целевая функция содержат лишь линейные функции, то это - задача линейного программирования.

Литература:

1. «Управление транспортными системами» - Рахмангулов, Корнилов, Трофимов (на диске).

2. Устройство информационных систем или АСУ - автоматическая система управления.

3. Информационные системы или АСУ на различных видах транспорта (ж/д магистральный общего пользования, промышленный ж/д транспорт, автомобильный).

4. Диспетчерские центры и технологии управления перевозочным процессом (справочник по современным информационным системам на магистральном ж/д транспорте) – Левин Д. Ю.

Основные задачи дисциплины.

1. Частная (практическая) задача - приобрести навык использования баз данных и информационных систем в повседневной работе и в жизни.

37 чел Норма % max %

1) Интернет 21 чел - 57% 100 100

12 чел - 32% 90 100

2) Активное использование интернета 2 чел - 5% 90 100

3) Продвинутое использование 2 чел - 5% 60 80

4) Профессиональное использование 0% 10 30

2. Приобретение знаний устройства современных информационных систем для создания и эксплуатации их на малом и среднем предприятии, а также на рабочем месте.

3. Общая - формирование понимания принципов управления сложными системами и значение информации в управлении.

«Управление невозможно без информации, эффективное управление невозможно без качественной информации».

Основные понятия теории управления.

Норберт Винер - 1949г. : появление кибернетики как науки об управлении.

Управление - действие или работа, функция, выполнение которой невозможно без предмета или системы, их реализующей.

Система - совокупность взаимосвязанных элементов. Каждый элемент выполняет свою функцию, из множества которых формируется функция всей системы, например автомобиль: функция движения - элементы: двигатель и т. д.

Схема системы управления.

О. У. – объект управления (чем управляют: авто, локомотив, предприятие).

У. О. – управляющий орган (кто управляет: машинист, директор).

о. с. 1 у.в. 1 о.с. 2

прямая связь

Действие

Обратная связь 1 –информация об изменениях во внешней среде или о воздействии внешней среды на объект управления.

Обратная связь 2 – информация о результате управления.

Управляющее воздействие – управляющие команды (действия)

у.в.1 – управляющее воздействие от системы управления более высокого уровня (система управления’).

С точки зрения системы управления более высокого уровня вся система управления более низкого уровня представляет собой объект управления.

Процесс управления является непрерывным и цикличным, включающим в себя следующие этапы:

1) оценка воздействия внешней среды;

2) принятие решения и реализация управляющего действия;

3) оценка результатов управления и корректировка управляющих решений и их действий.

Скорость протекания процесса управления зависит от скорости изменений во внешней среде. С развитием современной экономической системы скорость изменений в экономике резко возрастает с течением времени. Для обеспечения своевременной реакции системы управления на изменения во внешней среде необходимо поддерживать высокую скорость цикла управления. В дисциплине «Информационные технологии на транспорте» изучаются методы, способы, средства и устройства обеспечения высокого качества продвижения информации по обратным связям в системе управления транспортом.

Показатели качества информации в системах управления.

Качество информации оценивается с помощью системы показателей:

1) скорость передачи информации (при большой скорости изменений во внешней среде даже незначительные задержки в передаче информации по обратным связям являются причиной несвоевременного принятия управленческих решений и возникновения аварий и катастроф).

2) достоверность, т. е. низкий процент ошибок в данных(при ручной обработке средний процент составляет 20%, при компьютерной - 5 - 10%).

3) полнота собираемых данных (чем выше скорость процесса управления, тем большее количество данных необходимо собрать и проанализировать. Например, в 80 - х годах на промышленном ж/д регистрировался только факт прибытия и отправления вагонов на предприятие, в настоящее время учитывается погрузка и выгрузка всех вагонов на всех фронтах, а также движение поездов на предприятии. В будущем будут регистрироваться все маневровые операции с вагоном.

4) глубина (степень) обработки данных (существуют «данные» и «информация» - обработанные данные. Преобразование данных в информацию требует времени и это снижает скорость управляющего воздействия.

Для обеспечения высокого качества работы обратных связей в настоящее время применяются информационные системы - это совокупность технических устройств, компьютерных программ, способов хранения информации в базах, математических методов обработки данных, способов организации работы информационной системы, методов защиты информации и т. д.

Понятие информации, методы оценки количества информации.

1. Статистический метод оценки информации.

Статистический метод основан на представлении информации как мере неопределённости событий. Информация позволяет уменьшить или сократить неопределённость, поэтому количество информации эквивалентно величине неопределённости, которую она позволяет сократить.

Закон К. Шеннона: количество информации в сообщении о событии обратно пропорционально вероятности совершения этого события.

Информация в системе управления необходима для принятия решений по устранению различных отклонений объектов управления от заданных значений. Эти отклонения происходят под воздействием внешней среды. Воздействия носят случайный характер случайный характер. Наименее вероятные события оказывают более сильное воздействие на объект управления, чем более вероятные.

Компенсация влияния на объект управления более сильных воздействий внешней среды требует больших затрат. В системах управления эти затраты значительно сокращаются за счёт получения информации о таких событиях или в результате прогнозирования этих событий.

В настоящее время большинство производственных транспортных информационных систем занимаются сбором данных о максимально вероятных событиях. При этом маловероятные события, которые приводят к возникновению тяжёлых экономических последствий как правило не учитываются и не выявляются.

Современным инструментом прогнозирования маловероятных событий на основании множества данных о вероятных событиях является технология Data mining (добыча информации). Технология позволяет находить устойчивые зависимости, закономерности в массиве разрозненных данных.

В перспективе информационные системы будут развиваться в направлении углубления анализа собранных данных с целью выявления опасных маловероятных событий.

Шеннон сформулировал объективный метод подсчёта информации, основанный на обобщении некоторых результатов статистической физики. Он рассматривает информацию как то, что устраняет неопределённость выбора. При таком подходе в качестве меры информации используется мера неопределённости выбора одного из n состояний системы, каждая из которых имеет неопределённую вероятность Р1, Р2,…Рn, причём , Шеннон называет эту меру энтропией системы Н (Р1,Р2,…Рn) или количества информации, характеризующую состояние системы:

К - коэффициент и основание логарифма, зависящие от выбранной системы измерения количества информации (например, двоичная система).

2. Тезаурусный метод информации.

Тезаурус – объём знаний человека. Недостатком статистического метода является то, что он не учитывает способность приемника информации интерпретировать получаемые сообщения (например, лекция на английском). Количество информации в сообщении зависит от уровня тезауруса приемника информации.

I, кол-во информации

Т (тезаурус)

На практике необходимо регулировать уровень тезауруса, т. е. квалификации людей анализирующих поступающую информацию, это означает:

1) необходимость обучения и подготовки людей, работающих с информационной системой;

2) необходимо своевременно изменять уровень полномочий и ответственности людей, достигших определённой квалификации.

3. Прагматический метод.

Позволяет оценить влияние информации на достижение цели управления

I - количество информации,

P - вероятность достижения цели управления после получения информации,

P* - вероятность достижения цели управления до получения информации,

Технологическая схема транспортного процесса:

грузопоток

О 1,2,3… n – технологические операции,

T – время, затраченное на операцию,

T 1

T 1 >T 2 >T 3 – простой оборудования,

T 1 =T 2 =T 3 – грузопоток не тормозится, согласованная переработка грузопотока.

На практике грузопотоки постоянно меняют свою интенсивность и структуру, поэтому регулярно возникают случаи задержки грузопотока или простои транспортных устройств. Основной целью информационной системы на транспорте являются своевременное предоставление информации о местах и случаях возникновения таких задержек и простоев. Эта информация является основным источником сокращения транспортных затрат и её получение является основной задачей информационной системы на транспорте.

4. Структурный метод.

Основан на представлении данных в памяти компьютера. Все данные в компьютере хранятся в двоичном виде. Двоичный способ представляет собой описание системы, у которой возможны два состояния: 1) свершившиеся события; 2) отсутствие события.

Более сложные значения и большие числа представляются восьмиразрядным двоичным кодом (байт) , 16 - разрядным, 32 - разрядным, 64 - разрядным.

00000000 - байт = 0

… всего 256

До недавнего времени при высокой стоимости компьютерной памяти широко применялись способы создания рациональных структур БД. В настоящее время структура хранения данных в компьютере оказывает влияние на скорость доступа к этим данным.

Функции и задачи управления системами различной сложности.

По мере возрастания сложности объекта управления усложняются задачи и функции управления. При создании информационной системы необходимо правильно оценивать автоматизируемые задачи и функции для каждого конкретного объекта.

По сложности системы разделяются на следующие уровни (виды) систем:

1) Технические системы;

2) Технологические системы;

3) Организационные системы;

4) Социально - экономические системы.

1) Технические системы – представляют собой искусственные (созданные человеком) системы, основными элементами которых являются технические устройства.

Функции управления: 1) стабилизация; 2) программное управление; 3) слежение; 4) оптимальное управление.

Функция стабилизации:

У.В. - управляющее воздействие

П - параметр системы управления

П н - нормативное значение параметра

П ф - фактическое значение параметра.

При решении задач стабилизации значение нормативного параметра не изменяется и требуется максимально близко приблизить фактическое значение к нормативному с помощью управляющего воздействия (например, термостат, сливной бочок и т. д.).

Функция программного управления:

То же, но П н меняется со временем.

При решении задач программного управления нормативное значение параметра изменяется заранее известным образом, т. е. по программе (стиральная машина).

Функция слежения:

Нормативное значение параметра меняется заранее не известным образом (военная самонаводящаяся техника).

Задачи оптимального управления:

Нормативное значение изменяется неизвестным образом, но требуется найти оптимальный путь достижения цели управления (например, самонаводящаяся ракета не летает за целью, а предсказывает куда она полетит и поражает ее).

Эти задачи хорошо описаны, доведены до уровня конкретных расчётов и широко применяются в технических устройствах. Рассмотренные задачи управления сохраняются при управлении более сложными системами, однако, дополняются новыми функциями.

2) Технологические системы - это совокупность людей, техники, материальных ресурсов и технологий, преобразующих исходные ресурсы в готовую продукцию или услуги. Технологии - это знания о способах преобразования ресурсов в продукцию или услуги. Основным элементом технологической системы является технология, человек выполняет роль исполнителя(не принимает решения).

Новая функция и задача управления наряду с четырьмя предыдущими – это задача адаптации технологии к изменениям внешней среды. В настоящее время транспортные системы в основном находятся на уровне технологических систем. В зависимости от силы внешних изменений применяют 4 вида адаптаций:

· параметрическая;

· структурная;

· системная;

· адаптация целей.

(См. технологическую схему транспортного процесса)

Изменяющийся грузопоток, в таких условиях мы должны уметь изменять скорость переработки (уменьшать или увеличивать).

В условиях колебаний грузопотоков необходимо подстраивать работу элементов технологической системы под эти изменения.

Параметрическая адаптация - это изменение параметров элементов технологической системы (изменение продолжительности операций, числа устройств и т. д.).

Структурная адаптация – более сильные колебания или в течение более продолжительном промежутке времени (изменение числа элементов и связей в технологической системе в условиях больших или длительных колебаний грузопотока, т. е. изменение структуры). Добавляются новые или ликвидируются существующие элементы связи.

Системная адаптация – поиск и устранение ведущего ограничения в системе (как правило, переход на другую технологию работы). На ж/д транспорте существуют гибкие технологии перевозочного процесса.

Адаптация цели – изменение цели работы технологической системы. Существует 2 основные стратегические цели технологической системы:

1) миниминизация затрат, при заданном уровне качества продукции;

2) максимизация качества и прибыли при ограниченных затратах.

При реализации адаптации более высокого уровня происходят все адаптационные изменения на более низких уровнях и наоборот.

Основным возмущающим элементом технологической системы, приводящим к возникновению колебаний ресурсного потока, является человек. Устранение человека из технологического процесса называется автоматизацией и приводит к тому, что технологическая система переходит в разряд более простых технических систем.

3) Организационные системы – совокупность технологических процессов, целей и её структуры. Основным элементом организационной системы является человек, принимающий решения (управленческие) и вступающий в информационные взаимоотношения в коллективе. Основной функцией организации является её развитие.

Развитие – это процесс целенаправленных, качественных и необратимых изменений в организационной системе.

Целенаправленные изменения – изменения, реализуемые в соответствии с планом (стратегическим) развития

Качественные изменения – развитие – это изменение работы организации на порядок (переход на другой качественный уровень). Множество количественных изменений в организации называется ростом организации.

Необратимые изменения – изменения, которые невозможно устранить. Подробно организационное развитие изучается в дисциплине менеджмент.

4) Социально - экономические системы – основным элементом является человек, как носитель экономических интересов и потребностей. В организационных системах человек является носителем «мотивов» (см. теория мотивации). Экономические интересы и потребности людей изучаются дисциплинами «маркетинг», «макроэкономика». Основной задачей управления социально - экономическими системами является функция контроля процессами самоорганизации.

Самоорганизация – это неуправляемый процесс возникновения в системе новых свойств и структур.

Под контролем процессами самоорганизации понимается контроль условий возникновения этого процесса. Изучением процессов самоорганизации занимается наука «синергетика» (И. Пригожин, Г. Хакен).

3 основных условия возникновения процесса самоорганизации:

1) наличие большого числа элементов системы;

2) наличие положительных обратных связей в системе управления;

3) наличие флуктуаций.

1. Большое число элементов обеспечивает множество связей между ними. Эти связи приводят с одной стороны к качественным изменениям, с другой стороны к возникновению флуктуаций.

2. Положительные обратные связи усиливают отклонения от нормативных значений управляемой величины.

П о.о.с. о.о.с.

п.о.с. о.о.с. П ф

П н – нормативное значение параметра;

О. О. С. – отрицательные обратные связи – сокращают отклонения фактического значения параметра от нормативного;

П. О. С. – положительные обратные связи усиливают отклонение фактического параметра от нормативного.

Положительные обратные связи со временем приводят к изменению значения нормативного параметра. Например, изменение объёмов перевозок, рентабельности и т. д. В организациях положительные обратные связи являются источником инноваций, т. е. новых технологий.

Новая технология – отклонение от существующей или нормативной технологии. Сложность заключается в оценке качества отклонения, т. е. хорошее или плохое.

3. Флуктуации – случайные отклонения от нормы. В настоящее время количество флуктуаций в обществе оценивается как главный фактор его инновативности. Существует понятие «инновативная экономика», т. е. социально - экономической системы, благоприятной для возникновения и развития инноваций. Многие экономисты предлагают оценивать степень инновативности региона по следующим критериям:

1) число людей, обладающих учёной степенью, начиная с бакалавров;

2) число полученных патентов;

3) критерий богемности (писатели, художники, поэты, артисты) ;

4) число эмигрантов;

5) число людей с нетрадиционной ориентацией – гей-индекс (по тем или иным признакам отклоняются от нормы, чем больше уровень отклонения от нормы, тем благоприятнее условия для возникновения инноваций).

Практической использование знаний основ управления системами различной сложности.

Знание функции управления необходимо для правильного выбора автоматизируемых задач и функций при создании конкретной информационной системы. В настоящее время транспортные предприятия с точки зрения их автоматизации рассматривают как технологическую систему. Основные причины:

1) транспортная система не является технической, потому что на её работу определяющее влияние оказывают люди, как исполнители и организаторы перевозочного процесса. Однако, отдельные операции с грузами и ПС полностью автоматизированы и рассматриваются как простые технические системы. Например, автоматизирован процесс роспуска составов поездов с сортировочной горки. В настоящее время актуальной является задача автоматической регистрации данных о грузах и ПС. Это системы автоматизированного считывания номеров транспортных средств и кодов грузовых мест.

2) актуальной является задача поиска и устранения «узких мест» в транспортной технологической системе. В настоящее время большинство информационных систем на транспорте эту задачу не решают. Объективная причина заключается в нехватке оперативных данных о движении ПС, субъективная причина – низкая квалификация руководителей и работников информационных систем.

3) транспортная система не рассматривается как организационная потому, что часть функций управления транспортом как организацией уже автоматизировано – функция планирования перевозок и контроля перевозок. Все информационные системы на транспорте в основном автоматизируют функцию контроля перевозок.

Помимо контроля и планирования при управлении организационной системой выполняются функции мотивации поведения людей и организации работ. Основной функцией является управление мотивацией. Автоматизация процесса управления мотивацией реализуется в рамках системы управления персоналом (см. дисциплины менеджмент и логистика). Таким образом, часть функций организационной системы уже автоматизированы, а функции управления персоналом и мотивацией не являются специфической функцией транспортного предприятия.

4) объектом управления социально - экономической системы является человек, как носитель экономических интересов.

Информационные системы решают задачи сбора и анализа макроэкономических и демографических данных (уровень зарплаты, уровень цен и т. д.). В настоящее время сбор этих данных для транспортных систем неактуален, т. к. большинство транспортных предприятий географически располагаются в одном регионе с одинаковыми макроэкономическими и демографическими показателями. При формировании транспортно - логистических систем, элементы которых располагаются в разных регионах или странах объём данных для принятия решений является ограниченным и не требует создания отдельной информационной системы. Например, выбор мест перегрузки груза, уровень социально - экономического развития места перевалки влияет на стоимость и качество работ, однако, достаточно получить информацию о стоимости и качестве услуг, технических особенностях порта (его возможностях) , не анализируя детально социально - экономическую ситуацию в регионе.

Анализ социально - экономической ситуации необходим, если принимается решение о приобретении порта в собственность. Приобретать собственность не следует в регионах, находящихся в периоде экономического спада.

Таким образом, основная задача современной информационной системы на транспорте сводится к постоянному поиску и устранению задержек в продвижении грузопотоков, а также простоев транспортных устройств на основании анализа оперативных данных о движении грузов и ПС.

Порядок разработки и внедрения информационной системы.

Работы по созданию информационной системы (ИС) разбиваются на ряд этапов:

1. Предпроектная стадия создания ИС.

2. Разработка технического задания.

3. Разработка технического проекта.

4. Рабочее проектирование.

5. Опытно - промышленная эксплуатация ИС.

6. Эксплуатация ИС.

7. Реорганизация ИС.

Рассмотрение каждого этапа происходит по плану:

1) зафиксировать цели и задачи этапа;

2) состав работ, выполняемых на этапе;

3) характерные ошибки.

Предпроектная стадия.

Цель: разработка концепции построения будущей ИС.

Задачи: обследование технологии работы предприятия, реорганизация существующей системы документооборота или системы управления в целом, оценка экономической эффективности будущей ИС.

Работа этапа:

1) Изучение разработчиками ИС технологии работы предприятия. Разработчики современных ИС являются узкими специалистами в своей области, поэтому они должны полностью изучить и знать технологию автоматизируемого предприятия. Предварительно рекомендуется изучить нормативные документы, содержащие описание основ технологического процесса. Например, на промышленном ж/д транспорте: ТРА, единый технологический процесс, работы станции примыкания ОАО «РЖД» и ж/д пути необщего пользования, т. е. ж/д станций предприятия, контактный график.

Контактный график – график движения внутризаводских поездов постоянного состава (вертушки). Более тщательное изучение технологии выполняется несколькими методами: 1) метод анкетирования (см. лаб. раб.); 2) создание рабочих групп из специалистов предприятия и разработчиков ИС; 3) выделение консультанта, владеющего знаниями технологии работы.

2) Обследование системы управления предприятия и системы документооборота.

Это обследование выполняется для выявления и устранения недостатков существующей системы документооборота.

Основные недостатки:

Сбор избыточных данных;

Составление дублирующих друг друга документов;

Перегрузка работы по составлению документов в отдельных элементах системы управления.

Перечисленные нарушения возникают в процессе многолетнего использования одной и той же системы документооборота.

Возникновение новых требований к документальному оформлению работ связано с необходимостью составления новых документов, при этом существующая до этого система документооборота, как правило, не пересматривается. В результате составляется множество документов, которые дублируют друг друга, и содержание которых практически не используется в управлении. Реорганизация существующей системы документооборота способна повысить её эффективность на 30 - 50% без использования ИС. С другой стороны информатизация неэффективной системы документооборота способна замедлить обработку информационных потоков. Ни в коем случае нельзя механически переводить «бумажные» документы в электронный вид без устранения недостатков системы документооборота. В частности, необходимо устранить промежуточные документы, составление которых необходимо только при ручном составлении документов.

3) Разработка концепции будущей ИС (см. тему «Информационное обеспечение»).

Концепция – способ описания технологии работы предприятия в форме взаимодействующих информационных объектов.

Информационный объект – совокупность данных, относящихся к одному реальному или материальному объекту. Например, ж/д вагон описывается следующими данными: номер вагона, тип, грузоподъёмность, род груза.

Взаимосвязь информационных объектов определяет технологию работы с ними, т. е. соединение нескольких вагонов с информационным объектом «локомотив» описывает технологическую операцию: формирование поезда.

На предпроектном этапе необходимо требовать от разработчиков ИС чёткого выделения устойчивых информационных объектов и связей между ними.

Устойчивыми информационными объектами и связями называются связи, которые не изменяются при существенном изменении технологии работы. Например, можно выполнять операцию «формирование состава поезда» различными технологическими способами. При этом устойчивой связью будет та, которая связывает между собой информационные объекты «вагон», «маневровый локомотив», «станция формирования».

Построение ИС на учёте неустойчивых информационных объектов приводит, как правило, к необходимости последующей переделки ИС и БД, это связано с дополнительными затратами, например, многие ж/д ИС ориентированы на работу с поездами, при этом определяются жёстко маршрутные, сборные поезда и т. д. При изменении технологии работы, когда маршрутный поезд может стать сборным, необходимо переделывать БД, а это потеря времени, остановка работы и т. д. (концептуальная схема разраб. в лаб. раб. 4)

4) Оценка экономического эффекта будущей ИС. Основной источник эффекта ИС на транспорте заключается в выявлении и устранении «узких мест» на пути вагонопотока. Величина предполагаемого эффекта сравнивается с затратами на создание ИС, при этом необходимо сделать вывод о минимальных затратах на приобретение компьютеров, программ обеспечения и т. д. , которое обеспечит получение положительного эффекта:

Эффект, руб

Затраты, руб

Оптимальные затраты

Характерные ошибки этапа:

1) игнорирование всех работ первого этапа (важность и трудоёмкость работ первого этапа может составлять до 50% от трудоёмкости работ по созданию ИС). Отсутствие предварительного плана будущей ИС приведёт к дальнейшим постоянным переделкам этой системы, что снизит её работоспособность;

2) автоматизация существующей системы документооборота без её анализа и совершенствования. В результате, ИС будет собирать, хранить и обрабатывать ненужные для управления данные. Характерная ошибка заключается в использовании бухгалтерских учётных систем в качестве систем управления. Бухгалтерские системы не обладают необходимым уровнем оперативности сбора и анализа данных, кроме того они не обеспечивают сбор данных о технологии работы предприятия;

3) разработчики ИС с целью сокращения собственных затрат стремятся к увеличению «размера» информационных объектов. Например, регистрируются не отдельные вагоны, а поезда, не отдельные грузовые операции, а в целом. Построение ИС на таких крупных и не устойчивых объектах приводит к её многократной переделке;

4) ориентация ИС на выполнение исключительно учётных задач. Например, задач учёта простоя вагонов и т. д. Необходимо изначально ориентировать ИС на поиск и устранение «узких» мест в технологической системе.

Вывод: с учётом рассмотренных ошибок необходимо:

а) сформировать рабочую группу по созданию ИС, в состав которой должны входить разработчики ИС, специалисты - технологи предприятия, сторонние эксперты. Задача экспертов следить за правильной работой разработчиков и технологов;

б) необходимо контролировать разработку рабочей группы нескольких вариантов концепции ИС;

в) необходимо контролировать выявленные недостатки в существующей системе документооборота. В любом случае необходимо перестроить систему документооборота перед её автоматизацией;

г) необходимо контролировать обоснование затрат на создание ИС.

Разработка технического задания.

Техническое задание – это перечень требований к составным частям будущей ИС.

Цель этапа – максимальная конкретизация концепции ИС в форме требований к её частям.

1) формулирование требований к ИС. Составные части ИС в целом называются «обеспечивающей частью», каждая часть по отдельности называется «видом обеспечения». ИС состоит из следующих видов обеспечения:

а) информационное обеспечение (БД, структура информационных потоков);

б) техническое обеспечение (компьютеры и т. д.);

в) программное обеспечение;

г) математическое обеспечение (алгоритмы и методы обработки данных);

д) организационное обеспечение (порядок организации работы ИС);

е) криптографическое обеспечение (методы защиты данных от кражи, порчи и т.д.);

ж) эргономическое обеспечение (обеспечение комфортной и безопасной эксплуатации ИС);

з) документальное обеспечение (правила документального оформления результатов работы ИС).

2) оценка затрат на создание ИС и расчёт уточнённого экономического эффекта.

Работа этапа:

а) создание рабочей группы, состоящей из представителей заказчика и разработчика ИС;

б) распределение работ среди членов рабочей группы по формулированию требований к разным видам обеспечения;

в) согласование требований к разным видам обеспечения;

г) согласование всех требований к обеспечивающей части с концепцией построения ИС;

д) расчёт экономического эффекта;

е) согласование и утверждение технического задания в форме документа.

Характерные ошибки:

1. Составление технического задания разработчиком ИС. В результате в техническом задании описываются общие требования к основным видам обеспечения (к информационному, программному, техническому обеспечениям). Доработка остальных видов обеспечения происходит в процессе создания ИС или на этапе её эксплуатации, что приводит к возникновению дополнительных, и как правило, больших затрат.

2. Слабый контроль содержания технического задания. В результате разработчик может необоснованно запросить большой объём финансирования на создание ИС, которая будет работать по минимуму. Для предотвращения этого рекомендуется проводить экспертизу технического задания.

3. Отсутствие в техническом задании предварительной оценки затрат и эффекта ИС.

Разработка технического проекта.

Цель этапа – максимально подробное описание ИС в форме проектной документации (схемы, чертежи, графики, тексты программ, пояснительные тексты).

1) распределение проектных работ между специалистами по разным видам обеспечения (выполняет разработчик) ;

2) выполнение проектных работ, разработка и отладка программного обеспечения;

3) составление сметы затрат;

4) документальное оформление проекта.

Работа этапа: все работы этого этапа подразделяются на:

Проектные работы;

Сметные работы;

Работы по оформлению проекта.

Характерные ошибки:

1. Отсутствие анализа вариантов построения ИС. Реализовать требования технического задания возможно несколькими вариантами. Эти варианты определяются выбором техники и программного обеспечения. Необходимо контролировать, чтобы в проекте был сделан анализ и обоснование выбора проектного варианта.

2. Игнорирование экспертизы проекта. Работы по созданию ИС не являются лицензируемыми, поэтому законодательно проведение экспертизы проекта не требуется. Однако, заказчик вправе отдать проект на экспертизу сторонней организации. Это необходимо для гарантии качества проекта.

3. Отсутствие в проекте оценки эффективности и результативности системы. В проекте в обязательном порядке присутствует смета затрат на создание ИС. Однако, часто эти затраты не сопоставляются с результатом, который будет приносить ИС.

4. Некачественное документальное оформление проекта. Поскольку отсутствуют стандартные требования к содержанию и оформлению ИС, разработчик ограничивается простыми схемами, текстами программ без пояснений и т. д.

Рабочее проектирование информационной системы.

Рабочий проект – это реализация технического проекта, т. е. непосредственно создание ИС.

Цель этапа – максимально близкое к техническому проекту реализация проектных решений.

1) определение очерёдности работ по реализации технического проекта в форме сетевых планов - графиков.

Сетевой план - график – описание последовательности выполнения проектных работ с целью сокращения общего времени выполнения этих работ. Сокращение времени за счёт изменения очерёдности работ и перераспределения ресурсов, необходимых для их выполнения.

Для разработки сетевого плана - графика работ можно применять программы Ms Project, являющейся частью Ms Office.

2) контроль работ по проекту, т. е. написание или приобретение программ обеспечения, монтаж и приобретение техники, найм и обучение персонала ИС и др. работ по всем видам обеспечения.

3) выявление и устранение расхождений по сравнению с техническим проектом.

Расхождения могут иметь 2 причины:

а) несоблюдение требований технического проекта – необходимо полностью устранить;

б) неточность или ошибка в техническом проекте – необходимо принять решение о корректировке технического проекта.

В отличие от экспертируемых проектов зданий или сооружений, проект ИС может содержать ошибки или неточности. Основная причина – сложность объекта управления. Устранить мелкие ошибки на этапе предпроектного обследования предприятия возможно путём регистрации всех возможных ситуаций с объектом управления, т. е. перевозочным процессом. Однако, это нерационально, поскольку требует больших затрат времени. Мелкие ошибки эффективно выявлять и устранять на этапе рабочего проектирования и эксплуатации ИС.

4) организация работ по будущей эксплуатации создаваемой ИС. Для этого производится изменение должностных инструкций персонала предприятия, а также его обучения.

Работа этапа:

1. Создание рабочей группы по реализации технического проекта.

2. Составление сетевого плана - графика.

3. Распределение работ между исполнителями.

4. Закупка техники, программ обеспечения, написание и отладка собственных программ, приобретение средств защиты данных и т. д.

5. Корректировка технического проекта по выявленным в процессе его реализации ошибкам.

Характерные ошибки:

1. Начало работ по созданию ИС с этапа рабочего проектирования.

2. Нарушение порядка работ или неправильный порядок работ по реализации технического проекта.

3. Игнорирование требований технического проекта, либо излишне строгая реализация технического проекта без учёта его возможных ошибок.

4. Неправильная организация работ по созданию и будущей эксплуатации ИС, в частности, не производится обучение персонала, не изменяются их должностные инструкции.

Опытно - промышленная эксплуатация информационной системы.

Цель этапа – максимально полное выявление и устранение ошибок в разработанном программном обеспечении и в остальных видах обеспечения.

1) создание рабочей группы по выявлению и устранению ошибок4

2) организация работ по устранению ошибок;

Работа этапа:

1) разработка форм учёта ошибок;

2) определение порядка устранения ошибок;

3) доведение умений операторов ИС до уровня навыка;

4) принятие решения о вводе ИС в эксплуатацию.

Характерные ошибки:

1. Предположение руководителей о том, что после выполнения предыдущего этапа, предприятие получит полностью работоспособную ИС.

2. Рассмотрение ошибок в ИС как случайное явление.

3. Наказание разработчиков ИС и операторов за выявленные ошибки. Рекомендуется разработать систему поощрений оператора за выявленные ошибки.

4. Игнорирование этапа опытно - промышленной эксплуатации.

5. Недоведение умений операторов до уровня навыка.

Эксплуатации информационных систем.

Цель этапа – максимально эффективное использование собираемой информации информационной системой.

1) мониторинг эффективности работы ИС;

2) развитие и совершенствование ИС в соответствии с предусмотренными в техническом проекте этапами или очерёдности внедрения ИС.

ИС, как правило, создаются в несколько этапов, после запуска в эксплуатацию первого этапа начинается рабочее проектирование второго и последующих этапов.

3) мониторинг ошибок в программном обеспечении;

4) постоянное совершенствование БД и программного обеспечения для решения непредусмотренных в техническом проекте задач или перспективных задач. Постепенное «накопление» новых задач ИС приводит к необходимости следующего этапа, т. е. к реорганизации ИС.

Работа этапа:

1) ежемесячный или ежеквартальный пересмотр решаемых задач для оценки эффективности управления. На практике это означает, что необходимо либо прекращать формирование документов, бесполезных для принятия управленческих решений, либо создавать новые документы, необходимые для решения возникающих новых задач управления. Низкие трудозатраты на реализацию этого действия обеспечиваются выполнением этапов с первого по третий, в которых разработана универсальная БД. Такая БД позволяет формировать разнообразные документы без изменения структуры самой БД.

2) создание рабочей группы (отдела) , который занимается как реализацией предыдущего действия, так и устранением ошибок, возникающих в процессе эксплуатации ИС.

1) эксплуатация ИС как готового и не требующего корректировки и доработки продукта (изделия) , т. е. эксплуатацией ИС занимаются операторы, которые вводят данные и формируют различные документы, а также инженеры - электроники, которые занимаются техническим обслуживанием компьютера.

2) отсутствие работ по развитию существующей ИС, т. е. не меняются формы документов, состав решаемых задач.

Реорганизация информационной системы.

Цель этапа – приведение ИС в соответствие с изменившимися требованиями к качеству информационных потоков и появившимися возможностями по обеспечению более высокого качества. Т. е. накопившиеся на предыдущем этапе новые задачи, а также появившиеся новые технические и программные средства позволяют полностью изменить ИС с целью повышения её эффективности.

1) мониторинг процесса развития вычислительной техники, информационных технологий и программного обеспечения.

2) оценка величины морального износа ИС.

Моральный износ – снижение эффективности эксплуатации ИС в результате появления более дешёвых и совершенных устройств и программного обеспечения, т. е. затраты или потери в результате эксплуатации существующей ИС могут быть больше, чем затраты на её реорганизацию.

3) определение момента времени перехода на новую ИС.

Работа этапа:

1) организационное – создание должности или отдела, в обязанности которых входит мониторинг новых технических, программных средств и информационных технологий.

2) регулярная оценка затрат на эксплуатацию ИС и сравнение этих затрат с предполагаемыми инвестициями в создание новой ИС.

3) формирование перечня перспективных задач, решение которых возможно только в результате реорганизации ИС. Эти задачи являются основой для повторения первого этапа создания ИС.

4) Повторение всех действий, начиная с первого этапа.

1) задержка с принятием решения о реорганизации ИС.

2) кардинальная переделка ИС без учёта опыта, накопленного при эксплуатации существующей системы.

Пример развития информационной системы

(ИС управления ж/д транспорта ОАО «ММК»).

ИС развивалась несколькими этапами, на каждом из которых были выполнены все рассмотренные работы.

Развитие ИС происходило по следующим хронологическим этапам:

1) 1979 - 1983 года

Технические средства этапа – телетайп (две электрические печатные машинки, соединённые проводом. Текст, вводимый на одном аппарате, передавался на другой).

Основная решаемая задача: передача натурных листов со станции примыкания (ст. Магнитогорск – Грузовой, ст. Передача) в управление ж/д транспорта ММК. Телеграмма натурный лист – перечень вагонов, входящих в состав поезда с указанием кода груза и т.д.

До использования телетайпа натурные листы доставлялись в управление ж/д транспорта машинистами локомотивов. Использование телетайпа позволило ускорить передачу данных в среднем на 4 часа. Грузовые, поездные и вагонные диспетчеры получили возможность заранее планировать объём работ.

2) 1983 - 1988 года

Технические устройства – телетайп + мэйнфрейм (СМ - 4).

Мэйнфрейм – большой по размеру и мощный компьютер, к которому подключаются несколько мониторов (терминалов).

Решаемые задачи: ввод данных о прибывших на комбинат вагонов и отдельно вагонов, отправившихся с предприятия (ввод осуществляется при помощи считывания данных с телетайпной перфоленты). Данные о составе прибывающих и отправляющихся поездов поступали по телетайпу со станции примыкания. Использование компьютера позволило накапливать и обрабатывать эти данные. В результате обработки рассчитывался простой вагонов, объёмы погрузки, выгрузки и поиск «потерянных» вагонов по документам.

3) 1988 - 1994 года

Технические устройства – первые персональные компьютеры и вычислительная сеть.

Задачи: появление компактных компьютеров, соединённых сетью, позволило установить эти компьютеры на ж/д станциях предприятия для учёта прибывших на станцию вагонов.

4) 1994 - 2002 года

Технические устройства – мощные персональные компьютеры и новая технология обработки БД. Новая технология позволила накапливать большой объём данных о выполнении грузовых операций практически на каждом грузовом фронте.

5) 2002 - настоящее время

Технические устройства – те же. Развивается программное обеспечение, которое позволяет отслеживать в реальном времени движение поездов по территории предприятия. Основное достижение этапа – отслеживание ситуации в реальном времени с максимальной оперативностью.

6) Перспективный

Технические устройства – те же. Появление возможности оперативного отслеживания ситуации с точностью до каждого вагона. Планируется создание единого диспетчерского центра управления перевозками. В этом центре все маневровые диспетчеры будут дистанционно отслеживать ситуацию на своей станции. Сигналы с устройств СУБ по занятости путей и показания светофоров будут дополняться данными о том, чем занят конкретный путь и какие операции проводятся с вагонами. Для обеспечения безопасности перевозок эти данные могут дублироваться видеоизображением ситуации на станции. Размещение маневровых диспетчеров в одном центре позволит повысить степень согласованности их действий. Например: в настоящее время из - за низкой согласованности вагоны могут совершать нерациональные маршруты или петли при движении по территории предприятия.

Вывод: в течение рассмотренных этапов происходило повышение оперативности и увеличение объёма собираемых данных. Эти количественные изменения сделали необходимым качественные реорганизации ИС. Развитие ИС шло по пути увеличения объёма БД и глубины обработки данных.

Обеспечивающая часть ИС.

Обеспечивающая часть – совокупность видов обеспечения или частей ИС, целью которой является обеспечение эффективной работы ИС.

Обеспечивающая часть включает в себя следующие виды обеспечения:

1) информационное;

2) техническое;

3) программное;

4) математическое;

5) криптографическое;

6) эргономическое;

7) правовое и документальное.

Все эти обеспечивающие части объединяются в функциональном обеспечении.

1. Информационное обеспечение.

Информационное обеспечение – совокупность методов и способов организации данных в структуры, которые называются БД. Для эффективного хранения и обработки их при помощи компьютера, а также методы и способы организации и продвижения информационных потоков.

Суть: для эффективной организации данных в базе, а также информационных потоков, необходимо решить два вопроса:1) выбор концепции построения ИС; 2) выбор типа БД.

Концепции построения ИС.

В настоящее время применяются две основные концепции построения ИС в различных сочетаниях:

1) функциональная концепция (подход);

2) объектно-ориентированная концепция.

Функциональный подход основан на последовательной информации отдельных функций или задач, решаемых ИС. Например: сначала разрабатывается программа учёта простоя вагонов, затем грузовых операций, поездов, ремонта вагонов и т. д. Для решения каждой задачи организуется сбор соответствующих данных, при этом производится разработка либо новой дополнительной БД, либо корректировка существующей БД.

Достоинства подхода : низкие затраты времени, трудовых и финансовых ресурсов на получение первых результатов работы ИС.

Недостаток подхода : постепенное увеличение числа задач или функций приводит к росту трудовых и временных затрат, связанных с корректировкой существующей БД и программ. Быстро наступает момент, когда приходится полностью переделывать всю БД для получения возможности решения очередной задачи.

В настоящее время большинство ИС продолжают строиться на функциональном подходе, особенно это касается средних предприятий, для которых требуется разработка собственной ИС.

Объектно-ориентированный подход основан на выделении устойчивых информационных объектов и связей между ними.

К устойчивым информационным объектам и связям относятся такие, состав которых не меняется при изменении технологии и организации работы предприятия. С использованием таких объектов и связей разрабатывается концептуальная схема БД, содержащая все возможные регистрируемые данные (ген. план будущей БД).

В процессе развития ИС, запроектированная БД расширяется в соответствии с планом.

Достоинства подхода: получение эффективной БД, эксплуатация которой возможна на протяжении длительного срока.

Недостатки подхода : большие трудозатраты, финансовые и временные на разработку структуры такой БД.

График динамики потока денежных средств при создании и эксплуатации ИС.

«+» прибыль I

«-» затраты

I – функциональный подход;

II – объектно-ориентированный подход.

Вывод: сейчас, когда на решение о переделке ИС не оказывает сильное влияние развитие технических устройств (компьютера), рационально выбирать объектно-ориентированный подход, обеспечивающий длительный период эффективной эксплуатации ИС.

Базы данных.

БД – форма представления данных в памяти компьютера. Форма представления данных влияет на скорость или эффективность обработки данных в ПК. В настоящее время существуют десятки типов БД, однако, наиболее распространённым является реляционный тип.

В последнее время стали применяться объектно-ориентированные БД.

Реляционные БД представляют собой совокупность взаимосвязанных прямоугольных (плоских) таблиц. Столбцы таблицы соответствуют характеристикам информационного объекта, строки таблицы являются конкретным экземпляром информационного объекта. Например: информационный объект – «студент», его характеристики: ФИО, посещение, оценки и т. д. Каждая строка списка студентов является экземпляром информационного объекта «студент».

Связи или реляции в БД устанавливаются с целью определения различных данных, относящихся к одному и тому же информационному объекту, но хранящихся в разных таблицах. Разделять данные об одном объекте по разным таблицам необходимо для ускорения поиска данных (компьютер осуществляет поиск последовательно по столбцам каждой строки, поэтому, чем короче строка в таблице, тем быстрее происходит поиск по таблице).

В реляционных БД для каждого информационного объекта создаётся ключевой файл , состоящий из двух столбцов:

Например: каждый студент имеет уникальный код в БД: данные об успеваемости по семестрам находятся в отдельных файлах или таблицах, каждая строка этих таблиц помечается кодом студента, который показывает, к какому студенту относится информация.

Реляционные БД не являются самыми эффективными по скорости. Более эффективные типы БД предусматривают создание разнообразных списков, содержащих уже отсортированные данные, что позволяет многократно ускорить поиск данных. Например: для сортировки данных часто используются двоичные списки, т. е.

3. Сидоров 2. Петров

7. Гусев 5. Михайлов 4. Ильин

6. Троцкий

Если требуется найти Гусева, то в обычном списке необходимо будет просмотреть 7 строк, а в двоичном списке 3 строки. В целом сокращение времени поиска происходит до 10 раз.

Организация информационных потоков к ИС.

Информационный поток – множество последовательно передаваемых сообщений о произошедших событиях, в результате которых изменяются характеристики информационных объектов. В ИС в результате передачи сообщения изменяется содержимое строк БД, относящихся к информационному объекту, изменившему своё состояние.

В подавляющем большинстве ИС сообщения организованы как строки или таблицы реляционной БД.

Пример построения перспективной транспортной ИС.

Суть: транспортная ИС в большей степени ориентирована на удовлетворение потока заявок на транспортные работы. Эта идея была использована для построения ИС ЗАО «Южуралавтобан».

1) описание статических информационных объектов (списки рабочих, водителей, автомобилей, дорожно - строительной техники, строительных материалов, типов запасных частей и т. д.) ;

2) динамические информационные объекты в форме заявок на работы и ресурсы, а также в форме данных о выполнении этих заявок.

Заявка представляет собой сообщение, содержащее следующие данные: вид ресурсов, количество и качество ресурса, место доставки и время.

После выполнения заявки в БД вносится фактическая информация о предоставленном ресурсе. Для выполнения каждой заявки, как правило, требуется выполнение множества других заявок. В результате образуется система (дерево) связанных заявок, описывающих технологический процесс. Например: для строительства участка дороги необходимо наличие материалов, строительной техники и т. д. Для выполнения заявки на исправную технику необходимо выполнить ремонтные работы. Эти работы в свою очередь требуют трудовых ресурсов, запасных частей и т. д. Таким образом, в базе данных накапливается информация о поданных и выполненных заявках. Сравнивая требуемые данные с фактическими, легко определить «узкие места» технологического процесса, т. е. те подразделения, где происходит систематическое невыполнение заявок.

Основное достоинство такой ИС заключается в её универсальности. При помощи потока заявок и встречного потока данных о их выполнении, можно описать технологический процесс любого содержания и любой сложности.

Реорганизация такой ИС потребуется в случае изменений в содержании статических информационных объектов. Например: когда потребуется корректировать список используемых ресурсов, список рабочих и т. д.

2. Техническое обеспечение.

Техническое обеспечение ИС – это совокупность технических устройств, предназначенных для выполнения операций по сбору, обработке, передаче, накоплению и выдачи данных в ИС

Для выполнения каждой из перечисленных операций используется определённый набор технических устройств:

1) устройство регистрации и ввода данных, предназначенное для преобразования различных физических явлений в электрические сигналы для хранения их в памяти компьютера;

2) устройство передачи данных, предназначенное для обмена данными между компьютерами;

3) устройство накопления, предназначенное для накопления и хранения данных в памяти компьютера;

4) устройство обработки служит для выполнения расчётов и преобразования данных;

5) устройство отображения применяется для преобразования данных, хранящихся в памяти компьютера в форму, удобную для восприятия человека.

Устройство ввода и регистрации данных.

Поскольку устройство ввода и регистрации данных предназначено для преобразования физических явлений в электрические сигналы, то эти устройства классифицируются по виду регистрируемого физического явления:

1) устройства регистрации механических колебаний или действий (клавиатура, мышь, сенсорные панели, сенсорный экран);

2) устройства регистрации звуковых колебаний – устройства распознавания звука (микрофон);

3) устройства регистрации оптического излучения (цифровые фото - и видеокамеры, сканер);

4) устройства регистрации инфракрасного излучения (тепловые датчики);

5) устройства регистрации радиоизлучения (RFID – устройства радиочастотной идентификации, GPS – система глобального позиционирования);

6) устройства регистрации химического состава (химические датчики).

Устройства ввода механических колебаний применяются для регистрации данных в ИС. Необходимо стремиться к максимальному сокращению объёма данных, вводимых при помощи клавиатуры для сокращения числа ошибок и повышения качества информации. Информация, введённая вручную, при помощи клавиатуры, содержит ошибок до 15% от общего объёма данных. На транспорте в ограниченных случаях применяют датчики веса для автоматического взвешивания вагонов или автомобилей, а также датчики скоростей.

Устройства ввода звуковых данных практически не применяются из - за низкой эффективности программ распознавания звука и голоса (большой объём ошибок, низкая скорость).

Устройства ввода оптических данных применяют для считывания штрихов и для автоматизированного ввода информации с бланков. На пассажирских перевозках транспортное средство может кодироваться штрих - кодами, которые распознаются сканерами.

Устройства регистрации инфракрасного излучения применяются для регистрации температур (тепловые датчики).

RFID устройства – совокупность радиометок, устанавливаемых на ПС, на единицу груза, а также устройств считывания (транспондеры).

RFID метка – это микросхема, которая содержит в своей памяти данные о транспортном средстве, грузе и т. д. Попадая в зону излучения транспондера RFID метка передаёт по радиосвязи содержимое своей памяти.

Достоинства технологии:

Низкая стоимость меток и транспондеров;

Их компактность;

Работа на расстоянии и при движении метки.

Эта технология применяется для считывания данных с товаров и грузов, с движущихся транспортных средств. Оборудование ж/д вагонов RFID метками позволит полностью ликвидировать ручной ввод номеров вагонов в ИС. Это, в свою очередь, производить учёт всех маневровых операций с вагонами и позволит повысить оперативность работы ИС.

В настоящий момент отдельные ж/д предприятия используют эту технологию для отслеживания собственных вагонов.

GPS – система глобального позиционирования.

Принцип действия: система GPS – совокупность множества навигационных спутников, передающих на землю сигналы о своём положении. Приёмники этих сигналов, расположенные на Земле, используя математические методы по данным от нескольких спутников, рассчитывают географические координаты приёмника сигнала. Система GPS оперативно отслеживает изменения координат приёмника, запоминает и контролирует маршрут движения транспортных средств, определяет их скорость

Достоинства:

1) возможность использования в любой географической точке;

2) относительно низкая стоимость GPS – сигнала.

Недостатки:

1) влияние разнообразных помех на качество и надёжность сигнала. Помехами могут быть высокие здания, металлоконструкции, горы и т. д. ;

2) необходимость организации дополнительной связи приёмника GPS – сигнала с ИС, для этих целей на практике используют либо сотовую связь, либо специализированные радиомодемы;

3) большая, чем у RFID меток стоимость. RFID метка стоит от 20 - 40 рублей до 2000 - 3000 рублей, стоимость GPS – приёмника начинается с 5000 - 6000 рублей.

Например: система GPS навигации получили в настоящее время в автотранспортных предприятиях, на ж/д транспорте она не получила распространения из - за помех.

Российский аналог системы GPS – система ГЛОНАСС – глобальная навигационная система. С учётом интенсивной поддержки со стороны правительства возможно начало эксплуатации этой системы с 2008 года (сложное программное обеспечение).

Устройства регистрации химического состава. Датчики химического состава ограниченно применяются для контроля химического состава перевозимых грузов. Поскольку применяются для опасных грузов (категорийных) , то сфера их применения достаточно узкая.

Недостаток датчиков химического состава заключается в необходимости использования дорогостоящего оборудования передачи данных с датчика в ИС.

Вывод: в настоящее время больший объём данных вводится вручную или при помощи сканера (оптических, как правило). Постепенно ускоряется процесс перехода на использование систем регистрации радиосигналов (RFID и GPS).

Устройства передачи данных – комплекс технических устройств, предназначенных для организации связи между компьютерами. Эти устройства классифицируются по дальности связи:

1группа – передача данных максимум до 100 м (в среднем 10 - 50 м) ;

2группа – до нескольких километров (в среднем 500 м, 1 - 2 км) ;

3группа – связь на неограниченном расстоянии.

Устройства 1 группы применяются для организации мобильной связи между компьютерами, а также для создания беспроводных вычислительных сетей в границах одного здания. Выходят из употребления устройства, основанные на передаче инфракрасных сигналов (в телефоне ИК – порт). Такие устройства обладают низкой надёжностью сигнала и низкой скоростью управления (пульт управления).

В настоящее время для беспроводной передачи данных используется, в основном, радиосвязь, различающаяся частотой и т. д. (например, технология Bluetooth – передача отдельных файлов или WI - FI позволяет создавать беспроводные вычислительные сети и обмен данными достаточно надёжный и с большой скоростью).

Системы сотовой связи. Сеть сотовых операторов используется в промышленных ИС для обмена данными между различными подразделениями предприятия, а также для связи приёмников GPS и устройств навигации с ИС.

Устройства 2 группы – образуют устройства организации локальных вычислительных сетей. Передачу сигналов на такое расстояние средней дальности в настоящее время рационально осуществлять с использованием проводных технологий. В качестве канала связи или кабеля используется кабель типа «витая пара». Для управления сигналами локальной сети применяются следующие устройства.

Гершвальд А.С.

Специальность

РОАТ МИИТ

ТЕОРИЯ

1.1. Общие вопросы

Понятие управления

Всякая информационная технология представляет собой упорядоченную последовательность операций из следующего набора: сбор, передача, обработка и представление некоторой информации. Главными в этом наборе являются операции обработки, т.к. именно они способны придать информации новые по­лезные качества. Обработка всегда ведётся с какой-то целью. Любое коммерческое предприятие преследует экономическую цель, которая выражается в стремлении достигнуть более высоких показателей работы компании. Чтобы её достигнуть в качестве метода обработки информации используется управление.

Для достижения более высоких показателей управление должно быть оптимальным или стабилизирующим. Что это такое?

Ключевым словом в определении понятия оптимального управления является ВЫБОР. А дальше следуют вопросы: выбор чего? Варианта. Откуда они берутся? Из результатов обработки текущей и нормативно-справочной информации. Как выби­рать? По критерию. Что должны мы иметь в результате выбора? Выходную информацию в виде оптимального плана ведения какого-либо процесса. В таком формате должна формулироваться научная постановка любой задачи оптимального управле­ния.

Примеры критериев оптимальности

В общем виде коммерческое предприятие стремится минимизировать затраты и максимизировать доходы. Для выбора оптимального варианта плана совсем не обязательно оценивать текущие варианты в денежном выражении. Достаточно сравнивать их натуральные показатели, по которым известны расходные ставки и удельный доход.

Оценка по минимуму затрат выполняется в локомотиво-часах, вагонно-часах, поездо-часах; вагонно-километрах, локомотиво-километрах, Оценка по минимуму отклонений выполняется относительно технической нормы, относительно задания, поступившего с вышестоящего уровня, относительно планового графика движения поездов.

Оценку по максимуму дохода можно рассчитывать также с использованием натуральных показателей, например таких, как число удовлетворённых заявок на погрузку; удельная нагрузка на вагон, вместимость сортировочного пути, число совмещённых операций расформирования-формирования поездов, пропускная способность участка.

Информационное обеспечение

Математическое обеспечение

Программное обеспечение

Программное обеспечение любой АСУ подразделяется на пять типов:

- общесистемное (для обеспечения функционирования ЭВМ, её составных частей и межсетевого взаимодействия, поддержания условий безопасности информации; используется всегда с каким то другим типом программного обеспечения);

- прикладное (для решения функциональных задач, обеспечивающих экономический эффект);

Системы разработки (для разработки прикладных программ по задаваемым алгоритмам и структурам баз данных);

Системы управления базами данных (для создания, наполнения, обновления и удаления электронных хранилищ информации;

- экспертные системы.

Прикладное программное обеспечение делится на две группы: общего назначения и специализированное. К программам общего назначения относится пакет Microsoft Office. Он включает в свой состав Outlook, Word, Exel, Power Point, Access, Front Page, Publishtr, Project. К специализированному программному обеспечению относится система MATLAB, включающая в свой состав 50 пакетов, написанных на разных языках высокого уровня, а также 250 приложений, разработанных более чем 170 партнёрами фирмы Math Works Partner Products.

К специализированным прикладным программам относятся также программы, реализующие функции информатизации эксплуатационного персонала железнодорожного транспорта.

Техническое обеспечение

Техническое обеспечение – это прежде всего комплекс технических средств, применяемых для функционирования под управлением программ в части сбора, передачи, регистрации, подготовки, обработки, защиты данных и отображения информации. Структура комплекса технических средств отображает соединение всех аппаратных средств между собой каналами связи. К техническим средствам относятся также различные сооружения, оборудование вычислительных центров, первичные системы электроснабжения, вентиляции, канализации и т.п.

Вычислительная сеть – это совокупность ПЭВМ, соединённая определённым образом и работающая под управлением сетевого программного обеспечения. Причины создания и развития вычислительных сетей подразделяются на функциональные и экономические. Функциональные причины – это стремление соединить АРМы единиц персонала, связанных между собой в процессе функционирования. Экономические причины – стремление к экономии памяти и технических средств

В АСУЖТ используется исторически сложившаяся сеть железнодорожной связи. Для организации передачи данных применяются так называемые модемы (модуляторы-демодуляторы), которые выполняют три функции:

Согласование ЭВМ с каналом связи;

Защиту передаваемой информации от ошибок;

Передачу битов информации.

К системам передачи данных предъявляются требования по своевременности, достоверности и пропускной способности. Каналы связи классифицируются по следующим признакам:

Вид сигнала (аналоговые и цифровые);

Использование среды переноса сигнала (радиоканал или проводной);

Скорость передачи данных (низко- , средне- и высокоскоростные);

Способ коммутации (коммутируемые и выделенные).

При централизованном управлении выделяется одна или несколько ПЭВМ, управляющих обменом данных. Их называют файл-серверами или серверами баз данных. Обращение с одного АРМа (рабочей станции) к другому возможно только через сервер. При децентрализованном управлении такое обращение возможно. Смешанное управление достигается в архитектуре «Клиент-сервер».

Интернет это всемирная компьютерная сеть , так называемая паутина. Она состоит из множества других сетей, обслуживающих университеты, организации, предприятия и даже школы. Интернет выполняет три основные функции:

Предоставление запрашиваемой информации:

Передачу почты между корреспондентами;

Речевую и видеосвязь абонентов в масштабе реального времени;

Услуги Интернета представляют провайдеры – операторы сетей связи, которые подключают абонентов к своему серверу . Для получения статуса абонента необходимо создать хотя бы один виртуальный почтовый ящик с уникальным электронным адресом и оплатить услуги провайдера на какой-то период времени.

Электронный адрес состоит из четырёх частей:

Имя пользователя (фамилия, псевдоним, кличка или просто какое-то вымышленное слово);

Разделительный знак, именуемый собакой;

Имя сервера провайдера (yandex, rtambler, mail и т.д.);

Имя России – или домен, обозначаемый, как «ru».

Для открытия сеанса работы в Интернете необходимо запустить программу просмотра, именуемую браузером. В настоящее время используется браузер под именем «Explorer». Для входа в почтовую программу имеется несколько способов. Один из них – это запуск программы-оболочки, именуемый «Outlook» . С помощью этой программы можно готовить и отправлять письма в различные адреса, а также получать почту с других адресов.

Существуют также корпоративные сети, в частности сеть ОАО «РЖД», именуемая «Интранет» . Она организована аналогично сети Интернета, но никак с ним не связана.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

2.1. Общие вопросы

Нормирование

Моделирование

Планирование в рыночных условиях

Планирование организации и продвижения поездопотоков

(слайды 2.17, 2.18)

Необходимо выбратьпоследовательности ниток графика движения для поездопотоков за период планирования по наиболее выгодным вариантам путей следования.

Каждый поездопоток может быть представлен последовательностью ниток графика движения для соответствующего поездопотока. Поэтому задача может быть поставлена в двух вариантах – как оперативное составление графика или как «наполнение» нормативного графика планируемыми вагонопотоками. Рассматриваемый нами второй вариант соответствует принципу применения «жёсткого» графика движения. Чтобы напол­нить график одним поездопотоком необходимо определить перечень графиковых участков маршрута следования и для каждого из них подобрать из графика допустимую нитку.

Перечень участков определяется именами станции отправления и назначения данного маршрута и ограничением плана формирования по единственному варианту пути следования через определённые станции. Практика последних десятилетий показы­вает, что указанное ограничение выполняется не всегда ввиду нарушений или по телеграммам о временном изменении плана формирования. Причиной являются «пробки» на магистралях, возникающие из-за внеграфиковых ограничений скоростей движения, проведения «окон» в графике и непредвиденных обстоятельств. Назрела необходимость автоматизации принятия решений о порядке пропуска поездопотоков в таких ситуациях.

Наиболее очевидным управляющим воздействием является пропуск поездопотока по одному из вариантов пути следования, не предусмотренных планом формирования, т.е. через «оптимальные» в данном периоде станции. Но сами станции (их имена, коды) оптимальны только по­тому, что обозначают выбираемый вариант. Истинная же оптимальность кроется в затратах времени продвижения вагонопотока «от двери до двери с учётом энергозатрат. Это время опре­деляется последовательностью ниток графиков движения по участкам пути следования, которые можно выразить, как последовательность номеров поездов. Энергозатраты определя­ются профилем пути, радиусом кривых весами поездов и скоростями их движения. При этом начальная нитка будет определять момент начала продвижения, а конечная – количество участков в маршруте – момент его окончания. Затраты вре­мени в этом случае можно определить, через даты и моменты отправления и прибытия вагонов.

При необходимости выпустить за один цикл планирования на одну и ту же магистраль несколько поездопотоков для каждого из них могут быть выбраны разные варианты пути сле­дования. Для каждого обслуживаемого поездопотока необходимо выбрать свою последова­тельность ниток c учётом ограничений по уже выбранным ниткам. А это ограничение будет влиять на время продвижения «от двери до двери» в зависимости от того, в какую очередь поставлен этот поездопоток.

Из сказанного следует, что для получения оптимального плана пропуска гружёных и порожних поездопотоков необходимо рассматривать различные варианты очерёдности их про­пуска по различным вариантам пути следования.

Задача выбирает такой вариант организации поездов, который по­зволяет отказаться от фиксированной нормы отправляемого состава. При такой организации количество вагонов в поездах будет различно. Следовательно, эффективность продвижения вагонопотока будет определяться не временем, а затратами вагоно-часов. Кроме того, сле­дует учесть затраты киловатт-часов при электрической тяге и объёма топлива при тепловозной тяге.

Поскольку от времени продвижения вагонопотока зависит и время занятости локомо­тива, то эффективность выбираемого варианта будет определяться также и затратами локомо­тиво-часов.

Выходная информация:

План отправления и продвижения поездопотоков.

Критерий оптимальности: минимум совокупной стоимости затрат вагоно-часов, локомотиво-часов и энергозатрат;

- Ограничения:

Приоритеты заявок;

Занятость ниток графика;

Максимальная длина поезда на лимитирующем участке;

Максимальная масса поездов на лимитирующем участке

Регулируемые параметры :

Варианты очерёдности обслуживания поездопотоков;

Варианты маршрута следования поездопотока

Работой станции

Планирование работы станции ведется с дискретностью в одни сутки, в одну смену, в три часа и в 30 минут. С дискретностью в сутки работает станционный диспетчер, с дискретностью в одну смену – станционный и маневровый диспетчеры, с дискретностью в 3 часа – станционный и маневровый диспетчеры и дежурные постов централизации, с дискретностью в 30 минут - дежурные постов централизации.

Каждые сутки к 7-00 станционный диспетчер формирует проект суточного плана, который вводится в память и рассматривается на совещании у начальника станции. После принятия проекта плана этот проект рассматривается в 8-00 на селекторном совещании начальника районаа и может быть скорректирован. В период с 9-00 до 10-00 может прийти информация о корректировке проекта плана по результатам селекторного совещания у начальника ДЦУП. До 11-00 может прийти информация об утверждении проекта с возможной корректировкой и получении проектом статуса плана.

Маневровые диспетчеры получают в свой АРМ утверждённый суточный план до 11-00 и готовят предложения по сменному заданию на первую смену, т.е. на период с 18-00 до 06-00. Предложения вводятся в память в виде проекта сменного задания и передаются в АРМ станционного диспетчера. Он принимает решение, в результате которого проект задания утверждается с корректировкой или без неё и получает статус задания, которое доводится до сведения маневровых диспетчеров.

Перед началом каждой смены станционный диспетчер получает от старшего диспетчера района информацию о выделенных более дальних назначениях , на которые следует формировать поезда. От поездного диспетчера получает информацию об ограничении на использование тех или других перегонов.

Каждые 3 часа в АРМ станционного диспетчера из ДЦУПа поступает оперативное задание в виде плана отправления и продвижения поездопотоков по участку и плана распределения порожних вагонов. Станционный диспетчер создаёт копию плана, с которой и начинает работать.

Прежде всего он решает задачу формирования заданных планов прибытия и отправления поездов по своей станции, задания по порожним вагонам и плана поступления требуемых вагонов. Затем включает в план прибытия номера поездов местного формирования. Запрашивает входную текущую информацию.

В результате этих действий станционный диспетчер создает актуальную информационную базу для решения задач планирования. Он может просмотреть полученную информацию или же сразу переходить к планированию.

Первой задачей планирования является расчёт заявки на поездные локомотивы. Если в межсеансовом периоде ожидается накопление требуемых вагонов, имеются не занятые нитки, но не хватает поездных локомотивов, то в заявке указывается на какие нитки необходимо выделить локомотивы. Заявка отправляется в АРМ старшего диспетчера района управления для согласования. Если заявка принимается, то она передаётся в АРМ дежурного по локомотивному депо. Дежурный принимает меры и вводит свой макет с информацией об обеспеченности ниток графика локомотивами. Макет поступает в АРМ станционного диспетчера, где преобразуется в другой макет, отображающий потребность и обеспеченность локомотивами. Далее станционный диспетчер принимает решение о том какую информацию принять для планирования. После утверждения полученного макета информационную технологию можно продолжать.

Станционный диспетчер включает задачи планирования и получает на экран предложение ввести данные о начале периода планирования. После указания временной точки оси времени на экран выдается меню уровней контроля. Диспетчер должен выбрать тот уровень, на котором именно сейчас следует проверить актуальность входной текущей информации для того, чтобы не допустить не санкционированного решения на устаревших данных. Если подготовленная для решения информация оказывается не актуальной, на экран выдаются имена макетов с устаревшей информацией. Необходимо её обновить либо изменить указание об уровне контроля.

При положительном результате контроля актуальности информации решается задача выбора режима наилучшего благоприятствования выполнению станцией сменного задания. Результат решения выдается на экран в виде рекомендаций по режиму работы станции. Диспетчер должен рассмотреть рекомендацию и утвердить с корректировкой или без неё.

После утверждения решаются задачи планирования маршрутов транзитным поездам и вагонам углового потока, распределения составов по сортировочным системам, половинам горки и приоритетным группам. По окончании решения на экран выдаётся сообщение об этом с рекомендацией просмотреть сформированные планы.

Диспетчер может просмотреть рекомендуемые планы в режиме диалога или продолжить информационную технологию без просмотра.. В любом случае включается задача планирования формирования поездов повышенной транзитности. Результат решения выдаётся на экран в виде рекомендации, которую также следует рассмотреть и утвердить либо отменить.или скорректировать.

При продолжении информационной технологии решается задача формирования заданий исполнителям. По окончанию решения на экран выдаётся информация об этом с рекомендацией утверждения. После утверждения заданий эти задания выдаются в АРМы маневровых диспетчеров и дежурных по постам централизации.

Выдав задания, станционный диспетчер ведёт спорадический контроль за ходом их исполнения..

Каждые три часа в АРМ маневрового диспетчера поступает задание станционного диспетчера, о чём выдаётся сообщение на экран. Маневровый диспетчер создаёт копию задания для дальнейшей работы с ней. Перед началом работы он запрашивает у дежурного по горке информацию о предстоящей работе горочных локомотивов.

Горочные локомотивы могут сразу приступить к надвигу, а могут перед этим выполнить операции осаживания вагонов на сортировочных путях. В зависимости от состояния сортировочных путей дежурный принимает то или иное решение и вводит код технологии предстоящей работы локомотивов. Получив запрошенную информацию, маневровый диспетчер включает задачи планирования.

На экран выдаётся просьба указать начало периода планирования. Диспетчер указывает значение часов и минут и получает на экран меню уровней контроля.. Ему необходимо выбрать такой уровень , в соответствии с которым будет контролироваться актуальность входной текущей информации.

В случае положительного результата контроля на экран выводится запрос ограничения по времени реакции задач в виде меню. Диспетчер выбирает ограничение , после чего ведётся решение задач планирования. По окончанию решения на экран выдаётся сообщение об этом.

Диспетчер может запросить сформированные планы средствами диалога, а после просмотра – утвердить с корректировкой или без неё. Далее диспетчеру предлагается выдать задание исполнителям. Диспетчер даёт согласие и задания передаются в АРМы дежурных постов централизации.

После выдачи заданий маневровый диспетчер ведёт спорадический контроль за ходом их исполнения.

Каждые 3 часа в АРМ дежурного поста централизации поступает два задания: от станционного и от маневрового диспетчера. Дежурный копирует каждое задание для дальнейшей работы с ним. Перед началом планирования дежурный выполняет операцию сбора информации о состоянии путей парка и просматривает полученные задания. Если требуется прицепка, отцепка или перестановка групп вагонов, то он вводит информацию в виде плана предстоящей работы. После этого он включает задачи планирования.

На экран выдаётся запрос времени начала периода планирования. После ввода информации об этом на экран выдается запрос указания уровня контроля. Если контроль показывает, что входная информация актуальна, то управление автоматически передаётся задачам планирования. По окончанию решения на экран выдаётся сообщение об этом. Дежурный запрашивает поочередно макеты сформированной информации. Он имеет возможность откорректировать эту информацию, а затем утвердить . На экран выдаётся предложение выдать задание исполнителям. После выдачи задания дежурный приступает к спорадическому контролю.

Операции поездной и маневровой работы в парке выполняются за достаточно короткие сроки. Вследствие этого точность формируемых планов остаётся удовлетворительной лишь в течение 30 минут. Далее процессы начинают существенно отклоняться от планов. Поэтому через 30 минут после выдачи задания необходимо начать новый сеанс планирования с тем, чтобы заново собрать текущую информацию и на ней решить задачи по тем операциям, которые остались не выполненными.

Гершвальд А.С.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ТРАНСПОРТЕ

Конспект лекций для студентов 4-го курса

Специальность

«Организация перевозок и управление на транспорте»

РОАТ МИИТ

ТЕОРИЯ

1.1. Общие вопросы

По сравнению с водным транспортом, насчитывающим тысячелетия, железнодорожный транспорт - относительно молодой. Первую железную дорогу Джордж Стефенсон создал в 1825-1830 годах.

Движение на железных дорогах в первое время после постройки происходило с незначительной скоростью. При начале движения паровоз не подавал сигнала. Однако уже на открытии линии Ливерпуль-Манчестер произошел несчастный случай. Один из членов парламента, сторонник сооружения железной дороги, подошел к поезду и решил обменяться рукопожатием с герцогом Веллингтоном, уже сидевшим в вагоне. Но поезд тронулся, и человек попал под колесо. Этот случай заставил Джорджа Стефенсона задуматься над необходимостью применения каких-либо сигналов для обеспечения безопасности железнодорожного движения. По указанию Стефенсона были введены сигналы, которые подавали сторожа: днем - флажками, ночью - ручными фонарями. Машинистам выдали рожки, которые в 1835 г. были заменены паровым свистком. С 1834 г. на линии Ливерпуль-Манчестер были введена сигнализация с помощью поворачивающихся деревянных столбов. В 1841 году англичанин Грегори изобрел семафор - мачту с подвижным крылом. Сигналом в нем служит положение крыла относительно ма чты. Использование семафора позволило перейти от движения поездов с разграничением по времени к разграничению в пространстве. Средствами связи при движении поездов служили телеграф, а позднее телефон.

Затем для обеспечения безопасности движения поездов была введена блокировка , с помощью которой путевые семафоры запирались на время, пока на соответствующем участке пути находился поезд. Первой практически удовлетворительной системой блокировки была система Тейера, появившаяся в 1852 году в Англии и примененная в 1868 году в России.

Дистанционное управление стрелками (т. е. централизация стрелок) появилось впервые в Англии и затем в Германии (1860-1867 гг.). Введение на русских железных дорогах систем централизации стрелок и сигналов относится к 1900-1905 гг. Сначала появилась гидравлическая система, а в 1909 г. была построена первая в России электрическая централизация системы Всеобщей компании электричества.

Первая попытка устройства автоматической блокировки была произведена во Франции в 1859 г. на железной дороге Париж-Сен-Жермен.

Затем появился более совершенный и в то же время более простой метод связи поезда с путем - рельсовая цепь. В 1867 г. Вильям Робинзон предложил использовать ходовые рельсы в качестве проводников электрического тока и создал специальную конструкцию путевого приемника. В 1869 г. он разработал модель первой автоблокировки, которая демонстрировалась на выставке в Нью-Йорке. При наезде поезда рельсовая цепь замыкается его скатами. Такая рельсовая цепь, получившая название нормально разомкнутой, имела ряд недостатков, основным из которых было отсутствие контроля целостности и исправности цепи. После дополнительной проработки Робинзон в 1872 г. предложил более совершенную нормально замкнутую рельсовую цепь. Она сразу получила признание, так как недостатки предшествующей цепи в ней были устранены.

Одним из самых опасных элементов, входивших в общую систему железнодорожной сигнализации, являлся человек, обслуживающий сигнализацию или пользующийся ею, со свойственными его природе недостатками.

Это обстоятельство привело к необходимости в 80-х годах прошлого столетия введения в эксплуатацию автостопов - приборов, останавливающих поезд при проходе его мимо или при приближении к закрытому семафору. Для этой цели от воздухопровода пневматического тормоза делался отвод на крышу паровоза.

На конце отвода имелась стеклянная запаянная трубка или поворотный кран. С семафорным крылом или приводом был соединен рычаг, который при открытом семафоре располагался вдоль мачты, при закрытом - становился на пути трубки, которая разбивалась и соединяла воздухопровод с атмосферой. Происходило торможение.

При больших скоростях движения поездов такое примитивное решение оказалось непрактичным, ибо резкая остановка пассажирского поезда могла вызвать беспокойство среди пассажиров, а у грузового состава - повлечь за собой сход с рельсов. Были созданы авторегулировочные системы, при которых скорость поезда автоматически понижалась в определенных местах. Поезд останавливался, как правило, лишь после предварительного снижения скорости.

Современный железнодорожный транспорт представляет собой сложную динамическую систему, в которую входят пути, станции, парк грузовых, пассажирских вагонов, локомотивов и обслуживающий персонал.

Для обеспечения надежной и безаварийной работы всего этого большого хозяйства используются системы сигнализации, связи и управления.

С развитием сети железных дорог и увеличением скорости движения поездов потребовались более совершенные средства связи и управления, такие как автоматическая блокировка и автоматическая локомотивная сигнализация. Затем стала применяться радиотелефонная связь , а в конце XX и начале XXI века в управлении ж.-д. транспортом широкое применение нашли телевидение, компьютер и Оптоволоконные линии связи.

Основной причиной большинства аварий и катастроф на транспорте является человеческий фактор : прежде всего, ошибки водителей и диспетчеров. Но совершить ошибку на разных видах транспорта человек может по -разному. Например, на железнодорожном рельсовом транспорте отсутствует такое средство управления, как руль, следовательно, машинист физически не может ошибиться, вращая его, а такая ошибка очень часто допускается водителями автомобилей.

Наибольшие возможности в автоматизации процесса принятия решений предоставляют, естественно, различные виды рельсового транспорта.

В СССР первая автономная система автоведения поезда (так называемый "автомашинист") была создана еще в 1957 году. Но полная автоматизация управления поездом впервые была внедрена на рубеже 1980-х и 1990-х годов во Франции, в метрополитене города Лилль. Ведь поезд метро полностью изолирован от влияния погоды, от возможного желания водителя изменить направление движения, от риска столкновения со встречным или желающим совершить обгон транспортным средством и т.д. Система автоведения поездов лилльского метро управляет всем процессом движения - от пуска до полной остановки.

Различают автономные и централизованные системы автоведения поездов, причем первые управляют только одним поездом, а вторые - всеми поездами на линии метрополитена или железнодорожном направлении. Централизованные системы автоведения поездов используются в первую очередь на пригородных и городских железных дорогах. Примером может служить система "ВАРТ", применяемая в США.

Метрополитен в Пекине стал первой китайской подземкой, где машиниста в поездах заменяет "автопилот". Впервые такая система будет внедрена на линии метро, которая свяжет пекинский аэропорт с районами на востоке китайской столицы. Общая протяженность ветки с четырьмя станциями составит больше 27 километров. Поездка по ней займет всего 16 минут. Она принята в эксплуатацию накануне пекинской Олимпиады-2008. Применение новейших технологий позволит экспрессам на этой линии стать малошумными и при этом развивать скорость до 110 километров в час, что на 30 км/ч больше, чем у обычных метропоездов. Пекинский метрополитен перевозит ежедневно более 5 миллионов пассажиров.

Автомобильный транспорт

Первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания создали Г. Даймлер и К. Бенц в 1885-1886 гг. Он представлял собой открытую коляску с ручкой управления и тормозом. Ездил он с очень малой скоростью - не более 10-12 км/ч. Никаких приборов не имел. Первую модель своего автомобиля ("модель III") К. Бенц выпустил для продажи в 1886 году. Всего с 1886 по 1894 гг. было продано 25 экземпляров. Интересовали они в основном спортсменов-любителей. На движение по дорогам в первые годы автомобиль не влиял. Развитие автомобильной промышленности началось лишь в XX веке. Возросла мощность двигателей - от 2-3 кВт в начале века она увеличилась в конце века до 200 кВт. Значительно повысилась скорость - она быстро достигла 100 и более км/ч. Такая скорость потребовала создания более удобных и комфортабельных машин с закрытым кузовом, оснащенных целым рядом приборов - измерителей скорости, количества бензина, масла и т.д. Их расположили на приборной доске перед водителем. Автомобили оснастили осветительными фарами, габаритными, поворотными и тормозными сигналами, зеркалами заднего вида.

Сильнейший толчок развитию автомобильной промышленности дал метод поточной (конвейерной) технологии сборки автомобилей, впервые в мире примененный в 1913 году Генри Фордом на своем заводе. Это позволило всего за один год поднять производительность труда на 40-60% и достигнуть при этом стандартизации и взаимозаменяемости деталей.

С 1910 по 2000 гг. в мире было выпущено 1,3 миллиарда автомобилей. За это время автомобиль стал главным индивидуальным транспортным средством. Еще 1,3 миллиарда машин произведено в 2010 году.

Появление автомобильного транспорта потребовало строительства дорог с твердым покрытием. В Европе и Америке начали строить широкие асфальтированные дороги. С увеличением интенсивности движения жизнь потребовала строительства скоростных автомагистралей.

В настоящее время в мире насчитывается 15 млн. км благоустроенных дорог, в том числе в Российской Федерации - до 1 млн. км. В результате появления автомобилей территория промышленно развитых стран покрылась густой сетью автомобильных дорог - главных транспортных артерий XX и начала XXI веков.

Все нарастающая интенсивность и скорость движения заставила выработать необходимое информационное обеспечение автомобильного транспорта. Дорога, транспорт, человек, - это три основных составляющих дорожного движения. Были выработаны правила дорожного движения (ПДД) и сигнализация, необходимые для обеспечения безопасности водителей, пассажиров и пешеходов.

Эти правила регламентируют обязанности водителей транспортных средств и пешеходов, а также технические требования, предъявляемые к транспортным средствам для обеспечения безопасности дорожного движения.

В первое время ПДД в разных странах отличались друг от друга.

В 1909 году в Париже на международной конференции были приняты единые правила, общие для всех стран Европы. В 1940 году в СССР были утверждены первые типовые правила движения, на базе которых стали создаваться единообразные правила на местах. Правила дорожного движения Российской Федерации были приняты в 1993 году.

Первый трехцветный (красный, желтый, зеленый) автоматический светофор был установлен в Нью-Йорке в 1918 году, а в Москве и Ленинграде такие светофоры появились в 1930 году.

С увеличением скорости движения автомобилей возникла необходимость информировать водителя о состоянии дороги впереди, о том, насколько она безопасна для движения. Так появились требования располагать дорожные знаки на определенном расстоянии от препятствия. Существуют знаки для указания направления движения, запретительные знаки (например, знаки железнодорожного переезда), знаки подачи звукового сигнала, знаки для пешеходов. В систему дорожных знаков входит и дорожная разметка - горизонтальная и вертикальная.

Горизонтальная разметка (линии, стрелы, надписи и другие обозначения на проезжей части) устанавливает определенные режимы и порядок движения. Вертикальная разметка в виде сочетания черных и белых полос на дорожных сооружениях и элементах оборудования дорог показывает их габариты и служит средством зрительного ориентирования.

Изобретение компьютера и развитие цифровых информационных технологий позволило коренным образом усовершенствовать информационное обеспечение автомобилей.

В современных автомобилях все системы и агрегаты - двигатель и трансмиссия, тормоза, система рулевого управления, подвески, система безопасности, система поддержания определенной температуры и влажности в салоне, - контролируются и управляются бортовыми компьютерами. Во многих современных автомобилях имеются проигрыватель компакт-дисков, автомат их смены, кассетная стереодека, один или несколько встроенных сотовых телефонов и навигационный компьютер , содержащий приемник спутниковой системы навигации ( GPS ). В нем применяются электронные карты местности для определения точного местоположения автомобиля на местности и прокладывания маршрута следования. Такой радионавигатор снижает утомляемость за рулем и позволяет экономить время и деньги на объездах и поисках.

Изменился вид приборной доски. Вместо набора стрелочных приборов используется единый жидкокристаллический монитор , на котором информация о скорости, расходе топлива и пробеге либо дается водителю в цифровой форме, либо имитируется в виде стрелочных приборов. Применяются сенсорные дисплеи, чувствительные к прикосновению, и электронное табло спидометра с проектором скорости на лобовое стекло.

Для автомобилей разработаны видео/аудиоцентры и системы навигации. В него входит 5-дюймовый монитор на жидких кристаллах, радио (ЧМ и СВ), проигрыватель CD- и DVD-дисков, видео, телевизионный тюнер, система навигации и акустическая система.

В Москве уже работает опытное цифровое телерадиовещание. Прием мобильного пакета будет вестись на мобильные телевизионные приемники, оборудованные жидкокристаллическим дисплеем.

Когда-то путешественники ориентировались по звездам. Сегодня навигация осуществляется по сигналам искусственных спутников. При подключении системы навигации трехмерные карты на мониторе и аудиогид помогают водителю благополучно доехать до пункта назначения. Как только водитель вводит в систему навигации пункт , до которого ему нужно добраться, система сразу же ищет наилучший маршрут (например, кратчайший путь ). По желанию можно задать до 4 пунктов, через которые вы хотите проехать до конечного пункта. Затем система указывает маршрут при помощи стрелки на карте и голоса. Трехмерная карта позволяет видеть объекты впереди и трехмерные увеличенные изображения перекрестков. Голосовой гид системы навигации предупреждает о приближении к перекрестку, например, так: "Через 600 метров сделайте левый поворот"

В салоне автомобиля можно легко разместить самые разные мобильные устройства - ноутбук или палмтоп, принтер, сканер , факс. Ведущие мировые производители (BMW, DaimlerCrysler, Ford, Fiat, General Motors, Honda, Renaut, Volkswagen) стремятся объединить все электронные приборы и устройства автомобиля в единую сеть - своеобразный передвижной офис .

К электронному оснащению современного автомобиля относятся и приспособления hands free ("свободные руки"). Особенно актуальным становится их использование после того, как в России с апреля 2001 года было введено правило, запрещающее водителям разговаривать во время езды

Однако после внедрения приспособлений "свободные руки" аварийность на дорогах не уменьшилась: водители, болтая по телефону во время движения, теряют контроль над автомобилем и поздно реагируют на внезапно возникающую опасность. Реакция водителя, разговаривающего по телефону, замедляется в два раза. Поэтому пользоваться приспособлениями "свободные руки" категорически не рекомендуется водителям во время движения автомобиля.

Технология Blue Eyes регистрирует движения глаза водителя и частоту моргания. Инфракрасная камера следит за положением глаз, и если система не находит глазного яблока, считается, что водитель во время движения автомобиля заснул. Тогда раздается сигнал тревоги, который разбудит водителя и тем самым предотвратит одну из самых опасных аварийных ситуаций.

Когда автомобиль движется задним ходом, водитель видит не все. Паркуя автомобиль во дворе или окрестности детской площадки, можно не заметить рядом с задним бампером автомобиля ребенка 2-4 лет. Это особенно опасно.

Столбики, высокие бордюры, крупные предметы, лежащие на земле, - все это находится вне поля зрения водителя. Как результат - повреждения бампера, случайные царапины, вмятины и расходы на ремонт. Парковочный радар способен своевременно предупредить водителя о приближении не только к крупным препятствиям, но и к малогабаритным объектам и объектам небольшой высоты, что особенно полезно в темное время суток.

Адаптивный круиз- контроль (АСС) умеет не только поддерживать заданную скорость движения, но и может автоматически поддерживать заданное расстояние до впереди идущего автомобиля. Радар , установленный на решетке радиатора, способен распознавать движущиеся впереди (тем же курсом) автомобили. Если полоса свободна, система поддерживает заданную вами скорость. Если же радар распознает автомобиль, движущийся перед вами на более низкой скорости, система автоматически уменьшает подачу топлива в цилиндры двигателя, а при необходимости даже притормаживает машину, используя рабочую тормозную систему.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Карпьютер

2. Автопилот

4. Парковочный радар

5. Автосигнализация

6. Иммобилайзер

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) -- широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработки данных, а также создания данных, в том числе, с применением вычислительной техники.

В последнее время под информационными технологиями чаще всего понимают компьютерные технологии. В частности, ИТ имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, преобразования, защиты, обработки, передачи и получения информации. Специалистов по компьютерной технике и программированию часто называют ИТ-специалистами.

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, ИТ -- это комплекс взаимосвязанных научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами ИТ требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их внедрение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.

В постановлении Совета Министров Республики Беларусь даются такие определения понятий: информационная технология - совокупность процессов, методов осуществления поиска, получения, передачи, сбора, обработки, накопления, хранения, распространения и (или) предоставления информации, а также пользования информацией и защиты информации. Информационно-коммуникационная инфраструктура (ИКИ) - совокупность технических и программных средств, коммуникаций, персонала, технологий, стандартов и протоколов, обеспечивающих создание, передачу, обработку, использование, хранение, защиту и уничтожение информации. Информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) - информационные процессы и методы работы с информацией, осуществляемые с применением средств телекоммуникаций и вычислительной техники

Информационные технологии используются почти везде. Здесь я опишу его использование в транспорте.

1. Кар пьютер

Карпьютер или Онбордер (англ. carputer, англ. onboarder) (другие названия -- онборд, автомобильный компьютер, car PC, компьютер) -- аналог домашнего персонального компьютера, установленный в автомобиле и специально предназначенный для работы в машине. Онбордеры используются для автонавигации, соединения с интернетом, развлечения. Возможности онбордера объединяют функциональность традиционных устройств узкого назначения (автомагнитол, навигаторов, DVD-плееров) с возможностями персонального компьютера.

Основные сведения

Основным преимуществом автомобильного компьютера является функциональность. С использованием автомобильного компьютера отпадает необходимость в отдельной установке навигатора, парктроника, телевизора, DVD. Каждое из этих полезных устройств требует отдельное место для установки и управляется отдельно…

В автомобильном компьютере чаще всего управление организовано через сенсорный жидкокристаллический монитор (размеры от 7" до 15" по диагонали). Мониторы могут быть моторизированные и ручные, встраиваемые в консоль, имеют монтажные размеры 1\2DIN,1DIN или 2DIN, встраиваемые в крышу, отдельно стоящие(съемные). Для разных марок автомашин есть мониторы, встраиваемые в торпеду и полости.

Кроме ставших уже стандартными автомобильных функций -- (телевизор, GPS, DVD) - автомобильный компьютер позволяет использовать в дороге интернет и электронную почту, диагностирует электронику автомобиля, производит видеозапись дорожной ситуации, а также имеет множество других полезных функций. Автомобильный компьютер позволяет управлять режимами GPS -- оперативно менять карты, использовать как векторные, так и растровые карты.

Использование интернета позволяет отслеживать пробки на дорогах, слушать интернет-радио, просматривать видеоконференции, искать необходимую информацию вдали от дома или офиса. Автомобильный компьютер выполняет функцию антирадара (или подключается к имеющемуся).

Громкая связь и дорожная рация, управление звуковыми сигналами и парктроник -- все это в одном устройстве

Для любителей быстрой езды на автомагистралях и частых поездок по многокилометровым пробкам автомобильный компьютер может иметь функцию управления инжектором. Можно в режиме реального времени делать мощнее или, наоборот, уменьшать мощность автомобиля для понижения расхода топлива и реализации более плавного начала движения (для пробок) у мощных двигателей. Для этого понадобится кабель (OBD-II, VAG-com и другие) для подключения процессора инжектора к автомобильному компьютеру и соответствующий софт.

История

История автомобильных компьютеров началась в 1981 году, когда компания IBM разработала первый бортовой компьютер для автомобилей BMW. Через 16 лет появился Apollo -- прототип первого автомобильного компьютера, созданный корпорацией Microsoft, который так и остался прототипом. В 2000 году американская компания Tracer создала и протестировала первый штатный онбордер, и наладила серийное производство.

Помимо онбордеров Tracer, большой популярностью на российском рынке пользуется двухдиновый онбордер 2DIN Tracer CarPC. Существуют также китайские решения.

2. Автопилот

Автопилот -- устройство или программно-аппаратный комплекс, ведущий транспортное средство по определённой траектории. Наиболее часто автопилоты применяются для управления летательными аппаратами, в связи с тем, что полёт происходит обычно в пространстве, не содержащем большого количества препятствий, а также для управления транспортными средствами, движущимися по рельсовым путям. Современный автопилот позволяет автоматизировать все этапы полёта или движения другого транспортного средства.

В авиации более глубокое развитие автоматизации полёта получили системы автоматического управления (САУ, БСУ или АБСУ), и как более сложные структурированные комплексы -- НПК, ПНК, ПрНК и т. п. САУ позволяет, помимо стабилизации самолёта в пространстве и на маршруте, также реализовать программное управление на различных этапах полёта. Наиболее сложные САУ берут на себя значительную часть функций по управлению самолётом в «штурвальном режиме», делая управление для лётчика лёгким и единообразным, парируя болтанку, предотвращая сносы, скольжения, выходы на критические режимы полёта и даже запрещая или игнорируя некоторые действия лётчика. В автоматических режимах САУ ведёт самолёт по заданному маршруту (или реализует более сложную подпрограмму боевого применения), используя пилотажно-навигационную информацию от группы собственных датчиков, самолётных систем, наземных радионавигационных средств или даже выполняя команды бортового оборудования соседнего самолёта (некоторые боевые ЛА могут работать в паре или группой, постоянно обмениваясь тактической информацией по радиоканалам, вырабатывая тактику совместных действий и выполняют полётное задание в автоматическом (чаще полуавтоматическом) режиме. Подсистема траекторного управления позволяет выполнять заход на посадку с высокой точностью без вмешательства экипажа. В качестве управляющих органов уже давно стараются не применять рулевые машины, включённые в проводку управления, а используют прямое управление рулевыми агрегатами, подмешивая управляющие сигналы от САУ в сигналы от штурвала (или РУС). Для создания лётчику привычных усилий на органах управления применяется довольно сложная электромеханическая система имитации загрузки. В последнее время от этой практики постепенно отходят, резонно считая, что как не имитируй, всё равно большая часть процесса управления ВС автоматизирована. Всё чаще в кабинах современных самолётов применяются боковые ручки управления типа «сайдстик».

Основной проблемой при построении автопилотов (АП) и автоматических систем управления является безопасность полёта. В простейших авиационных автопилотах предусматривается быстрое отключение автопилота лётчиком при нарушениях его нормальной работы, возможность «пересиливания» рулевых машин ручным управлением, механическое отключение рулевых машин от проводки управления. Системы автоматического управления изначально проектируются с расчётом на отказы с сохранением основных функций работы и предусматривается комплекс мер для повышения безопасности полёта. САУ проектируются многоканальными, то есть параллельно работают два, три и даже четыре абсолютно одинаковых канала управления на общий рулевой привод (РП) и отказ одного-двух каналов никак не влияет на общую работоспособность системы. Система контроля (СК) постоянно отслеживает соответствие входных сигналов, прохождение сигналов по цепям и выполняет непрерывный контроль выходных параметров САУ в течение всего полёта, как правило, по методу кворумирования (голосование большинством) или сравнения с эталоном, и в случае возникновения какого либо отказа система самостоятельно принимает решение на возможность дальнейшей работы режима, его переключения на резервный канал, дублирующий режим или передачи управления лётчику. Хорошим методом общего контроля исправности САУ считается предполётный тест-контроль, методом «прогона» пошаговой программы, подающей стимулирующие имитационные сигналы в различные входные цепи системы, что вызывает фактические отклонения рулевых и управляющих поверхностей самолёта в различных режимах работы.

Понятие «автопилоты» (иногда в жаргонной форме) включают в себя, помимо классического авиационного автопилота, также и системы автоматического пилотирования, вождения или управления всевозможными шагающими, колесными, плавающими или крылатыми машинами (роботами), и развивающиеся системы автоматического управления автомобилей в условиях шоссе. Примером канала автоматического управления автомобилем может служить система стабилизации текущей скорости движения, известная как «круиз-контроль» («автоспид», «автодрайв»)

3. GPS

GPS (англ. Global Positioning System) (читается Джи Пи Эс) -- обеспечивающие измерение времени и расстояния навигационные спутники; глобальная система позиционирования) -- спутниковая система навигации, часто именуемая GPS. Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

Основной принцип использования системы -- определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами -- спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. То есть, для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. Таким образом, для определения координат и высоты приёмника, используются сигналы как минимум с четырёх спутников.

История

Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером, наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если точно знать свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.

Реализована эта идея была через 20 лет. В 1973 году была инициирована программа DNSS, позже переименованная в Navstar-GPS и затем в GPS. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г США, а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом, GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.

Первоначально GPS -- глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 году был сбит вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту, президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Во избежание применения системы для военных нужд точность была уменьшена специальным алгоритмом.

Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. В 2000 г. это загрубление точности было отменено указом президента США.

Основой системы являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), радиусом примерно 20180 км. Спутники излучают открытые для использования сигналы в диапазонах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц (начиная с Блока IIR-M), а модели IIF будут излучать также на L5=1176,45 МГц. Навигационная информация может быть принята антенной (обычно в условиях прямой видимости спутников) и обработана при помощи GPS-приёмника.

Сигнал с кодом стандартной точности (C/A код -- модуляция BPSK(1)), передаваемый в диапазоне L1 (и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2 начиная с аппаратов IIR-M), распространяется без ограничений на использование. Первоначально используемое на L1 искусственное загрубление сигнала (режим селективного доступа -- SA) с мая 2000 года отключён. С 2007 года США окончательно отказались от методики искусственного загрубления. Планируется с запуском аппаратов Блок III введение нового сигнала L1C (модуляция BOC(1,1)) в диапазоне L1. Он будет иметь обратную совместимость, улучшенную возможность прослеживания пути и в большей степени совместим с сигналами Galileo L1.

Для военных пользователей дополнительно доступны сигналы в диапазонах L1/L2, модулированные помехоустойчивым криптоустойчивым P(Y) кодом (модуляция BPSK(10)). Начиная с аппаратов IIR-M введён в эксплуатацию новый М-код (используется модуляция BOC(15,10)). Использование М-кода позволяет обеспечить функционирование системы в рамках концепции Navwar (навигационная война). М-код передается на существующих частотах L1 и L2. Данный сигнал обладает повышенной помехоустойчивостью, и его достаточно для определения точных координат (в случае с P-кодом было необходимо получение и кода C/A). Еще одной особенностью M-кода станет возможность его передачи для конкретной области диаметром в несколько сотен километров, где мощность сигнала будет выше на 20 децибел. Обычный сигнал М уже доступен в спутниках IIR-M, а узконаправленный будет доступен только при помощи спутников GPS-III.

C запуском спутника блока IIF введена новая частота L5 (1176.45 МГц). Этот сигнал также называют safety of life (охрана жизни человека). Сигнал на частоте L5 мощнее на 3 децибела, чем гражданский сигнал, и имеет полосу пропускания в 10 раз шире. Сигнал смогут использовать в критических ситуациях, связанных с угрозой для жизни человека. Полноценно сигнал будет использоваться после 2014 года.

24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный приём и хороший расчёт позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве.

Наземные станции контроля космического сегмента

Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо, США и с помощью 10 станций слежения, из них три станции способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой 2000--4000 МГц. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников.

Применение GPS

Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные цели, сегодня GPS всё чаще используются в гражданских целях. GPS-приёмники продают во многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в мобильные телефоны, смартфоны, КПК и онбордеры. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.

· Геодезия: с помощью GPS определяются точные координаты точек и границы земельных участков

· Картография: GPS используется в гражданской и военной картографии

· Навигация: с применением GPS осуществляется как морская так и дорожная навигация

· Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью GPS ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением

· Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах, например США это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта - Эра-глонасс.

· Тектоника, Тектоника плит: с помощью GPS ведутся наблюдения движений и колебаний плит

· Активный отдых: есть разные игры, где применяется GPS, например, Геокэшинг и др.

· Геотегинг: информация, например фотографии "привязываются" к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам

Точность

Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 10-12 метров при хорошей видимости спутников. На территории США и Канады имеются станции WAAS, передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1-2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов, точность определения координат можно довести до 10 см. К сожалению, точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.

Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также от магнитных бурь.

Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом.

Существенной особенностью GPS считается полная зависимость условий получения сигнала от министерства обороны США. Так, например, во время боевых действий в Ираке, гражданский сектор GPS был отключён.

Теперь Министерство обороны США решило начать полное обновление системы GPS. Оно было запланировано достаточно давно, но начать реализовывать этот проект удалось только сейчас. В ходе обновления старые спутники заменят на новые, которые разработаны и произведены компаниями Lockheed Martin и Boeing. Утверждается, что они смогут обеспечивать точность позиционирования с погрешностью 0,5 метра.

Конечно, реализация данной программы займёт некоторое время. В Министерстве обороны США утверждают, что полностью завершить обновление системы удастся только через 10 лет. Интересно, что количество спутников изменено не будет: их по-прежнему будет 30 -- 24 работающих и 6 резервных.

4 . Парковочный радар

Парковочный радар, также известный как, Акустическая Парковочная Система (АПС), парктроник или Ультразвуковой датчик парковки -- вспомогательная парковочная система, устанавливаемая на некоторых автомобилях. Слово радар в названии является, строго говоря, некорректным, так как устройство использует не радио-, а звуковые волны. Таким образом, корректно называть подобные устройства не радарами, а сонарами.

Система использует ультразвуковые датчики, врезанные в переднем и заднем бамперах для измерения дистанции к ближайшим объектам. Система издаёт прерывистый предупреждающий звук (и, в некоторых вариантах исполнения, отображает информацию о дистанции на ЖК дисплее, встроенном в приборную панель, в зеркало заднего вида и т. п.) для индикации того, как далеко находится машина от препятствия.

Когда расстояние до препятствия сокращается, предупреждающий сигнал увеличивает частоту. Первые звуки он издаёт при приближении к препятствию на 1-2 метра, а при опасном сближении с препятствием (10-40 см, в зависимости от модели) звуковой сигнал становится непрерывным. В некоторых моделях cистема может быть отключена, например, для использования на бездорожье. Как правило, система автоматически включается вместе с задней передачей (например, электропитание может подаваться от цепи фонаря заднего хода).

В России парковочные радары впервые стали известны под торговой маркой Парктроник (англ. Parktronic), так называется парковочная система на автомобилях Mercedes-Benz. В связи с этим в разговорном русском языке словом «парктроник» стали обозначать парковочные радары любых производителей. Другие марки используют иные названия: BMW и Audi на немецком называют систему просто «помощью при парковке» -- Parkassistent. Audi также использует сокращение APS, которое расшифровывается как Audi Parkassistenzsysteme на немецком или Audi parking system на английском.

Существует множество разновидностей парковочных систем, различающихся, в основном, количеством и расположением ультразвуковых датчиков-излучателей. Самые простые системы используют два датчика, устанавливаемые на задний бампер автомобиля. Система активируется при включении водителем передачи заднего хода. Наиболее распространены аналогичные системы использующие 4 датчика, расположенные на заднем бампере на расстоянии 30-40 см друг от друга. Такое расположение датчиков позволяет исключить появление «мёртвых зон». В более сложных системах 2 или 4 датчика устанавливаются на передний бампер. Система предупреждает о приближении к препятствию при нажатии на педаль тормоза. Исключительные системы могут использовать большее количество датчиков, а также датчики, расположенные по бокам автомобиля.

Как правило, блок индикации и блок управления соединяются при помощи провода проложенного вдоль кузова автомобиля, но существуют и беспроводные системы, которые отличаются от остальных удобством при установке. Принцип работы подобной системы заключается в беспроводной передаче радиосигнала с блока управления на блок индикации.

Принцип действия

В состав системы входят:

1. электронный блок

2. ультразвуковые датчики-излучатели

3. устройства индикации (ЖК-дисплей) и звукового оповещения (зуммер)

Система работает по принципу эхолота. Датчик-излучатель генерирует ультразвуковой (порядка 40 кГц) импульс и затем воспринимает отражённый окружающими объектами сигнал. Электронный блок измеряет время, прошедшее между излучением и приёмом отражённого сигнала, и, принимая скорость звука в воздухе за константу, вычисляет расстояние до объекта. Таким образом поочерёдно опрашиваются несколько датчиков и на основании полученных сведений выводится информация на устройство индикации и, при необходимости, подаются предупреждающие сигналы с использованием устройства звукового оповещения.

Применение

Несколько лет назад парковочные радары устанавливались лишь на некоторые комплектации дорогих автомобилей, таких как Ауди, БМВ, Мерседес-Бенц. Сейчас, когда компоненты системы стали более доступными, парковочные радары штатно устанавливаются различными производителями в том числе и бюджетных машин. В России завод АвтоВАЗ устанавливает штатно парковочный радар на автомобили Лада Приора в комплектации Люкс. Практически на любой автомобиль, на котором парковочный радар отсутствует штатно, его можно установить в качестве дополнительной опции. Автолюбители, имеющие некоторые навыки по ремонту и обслуживанию автомобилей, купив комплект для установки в магазине, могут также самостоятельно установить подобную систему на свой автомобиль.

Особенности использования

Хотя система призвана помогать автолюбителю, полностью полагаться на неё нельзя. Независимо от наличия системы, водитель обязан визуально проверять отсутствие каких-либо препятствий перед началом движения в любом направлении. Некоторые объекты не могут быть обнаружены парковочным радаром в силу физических принципов работы, а некоторые -- могут вызвать ложные срабатывания системы.

Парковочный радар может выдавать ложные сигналы в следующих случаях:

1. Наличие льда, снега или других загрязнений на датчике.

2. Нахождение на дороге с неровной поверхностью, грунтовым покрытием, с уклоном.

3. Движение по пересеченной местности.

4. Наличие источников повышенного шума в пределах радиуса действия датчика.

5. Работа в условиях сильного дождя или снегопада.

6. Работа радиопередающих устройств в пределах радиуса действия датчика.

7. Буксирование прицепа.

8. Парковка в стесненных условиях (эффект эха).

Система может не среагировать на следующие предметы:

1. Острые или тонкие предметы, например, цепи, тросы, тонкие столбики.

2. Предметы, поглощающие ультразвуковое излучение (одежда, пористые материалы, снег).

3. Предметы высотой менее 1 метра.

4. Объекты, отражающие звук в сторону от датчиков.

5. Система не может обнаружить провалы в асфальте, открытые колодцы, разбросанные мелкие острые предметы и прочие опасные объекты, находящиеся вне поля зрения датчиков.

5 . Автосигнализация

акустический автомобиль навигация парковочный

А втосигнализация -- электронное устройство, установленное в автомобиль, предназначенное для его защиты от угона, кражи компонентов данного транспортного средства или других вещей, находящихся в автомобиле.

Устройство

Состоит, как правило, из основного блока, приемо-передатчика (антенны), брелока, датчика удара, сервисной кнопки и индикатора в виде светодиода. Автосигнализации бывают с обратной связью, то есть брелок-пейджер информирует о состоянии автомобиля.

Защита от угона

Автосигнализация не даёт 100 % гарантии от угона, однако существенно снижает привлекательность у мелких угонщиков. К некоторым моделям автосигнализаций возможно подключение GSM/GPRS модуля, с возможностью управления функциями сигнализации с сотового телефона путём отправки SMS.

Диалоговый код

Диалоговый код -- специальный способ кодозащищённости автосигнализаций. Использует для идентификации брелока широко известную в криптографии технологию аутентификации через незащищённый канал.

Получив сигнал, система убеждается, что он послан со «своего» брелока, причем это происходит не однократно, а в диалоге. В ответ на первый сигнал система посылает на брелок запрос в виде случайного числа, который обрабатывается брелоком по специальному алгоритму и отсылается обратно. Сигнализация обрабатывает свою посылку по тому же алгоритму, сравнивая полученный ответ со своими данными. Если они совпадают, команда выполняется, а на брелок отправляется подтверждение.

Диалоговым кодом обеспечивается дополнительная защита от электронного взлома.

Для взламывания автосигнализии угонщиками используется кодграббер -- устройство, которое копирует коды большинства существующих автосигнализаций. Тем самым взламывает их. В Интернете существуют чёрные списки автосигнализаций, которые вскрываются кодграббером. В сети кодграббер можно купить за 100 тысяч рублей. Он продается для тестирования сигнализаций в автосервисах и страховых компаниях. Схему и описание по сборке кодграббера, можно скачать с тематических ресурсов.

Прочие функции

Также сигнализации бывают с автозапуском. На некоторых моделях предусмотрен автозапуск по факту падения температуры подкапотного пространства до определённого уровня и (или) с определённым интервалом времени.

6 . Иммобилайзер

Иммобилайзер (от англ. immobiliser -- «обездвиживатель»)

Автомобильный иммобилайзер - устройство, лишающее автомобиль подвижности. Главная задача иммобилайзера -- разорвать одну или несколько жизненно важных для работы машины электрических цепей и таким образом воспрепятствовать угону.

Принцип работы иммобилайзера заключается в отказе соединения электрических цепей автомобиля в наиболее значительных местах - в тех, что отвечают за соединение электроцепей стартера, зажигания, двигателя. Благодаря этому автомобиль гарантированно останется на месте стоянки даже при проникновении внутрь злоумышленников. При использовании дополнительных устройств, например электромагнитных клапанов, возможна блокировка работы неэлектрических систем.

Включение и выключение иммобилайзера должно быть доступно только хозяину автомобиля. Как правило, для этой цели используется электронный кодовый ключ. Менее распространены модели с ручным набором кода. Перед тем как завести машину, владелец должен вставить кодовый ключ в специальное гнездо и выключить иммобилайзер. В системах с ручным набором кода для того, чтобы выключить иммобилайзер необходимо ввести установленный владельцем код.

Также важной особенностью иммобилайзера является то, что при его разрушении или несанкционированном отключении системы автомобиля остаются блокированными.

Все типы иммобилайзеров имеют функцию автоматической постановки на охрану по истечении некоторого срока, во время которого не производилось каких-либо действий владельцем. Это значительно снижает возможность угона в короткие промежутки времени, когда хозяин автомобиля отошел куда-либо, не поставив машину на охрану.

Иммобилайзер (стандартный) состоит из трех основных частей. Это:

1. Блок управления. Блок управления является центром, из которого поступают сигналы о необходимости активизации всей системы.

2. Электромагнитные реле. С помощью электромагнитных реле осуществляется собственно разрыв последовательности соединения электрических цепей проводки при несанкционированном проникновении в автомобиль.

3. Ключ, который находится у владельца автомобиля. Блок управления распознает только ключ хозяина, и только владелец авто может осуществить его завод.

Таким образом, отличия между различными типами иммобилайзеров состоят в способе взаимодействия этих стандартных элементов системы иммобилайзера, например, в способе связи управляющего блока с электроцепями автомобиля и ключом.

Заключение

Информационные технологии широко входят в нашу жизнь а транспорт не стал исключением. Возможно в скором будущем электроника заменит все механические части автомобиля. И будут работать без участия водителя.

С писок использованной литературы

1. Боднер В. А., Теория автоматического управления полётом, М., 1964.

2. Справочник по авиационному оборудованию (АиРЭО)

3. Шебшаевич В.С., Дмитриев П.П., Иванцев Н.В. и др.; под ред. Шебшаевича В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. -- 2-е изд., перераб. и доп.. -- М.: Радио и связь, 1993. -- 408 с. -- ISBN 5-256-00174-4

4. Козловский Е. Искусство позиционирования // Вокруг света. -- М.: 2006. -- № 12 (2795). -- С. 204-280.

5. Синельников А. X. Электроника в автомобиле Синельников А. X. 1986

6. А. Г. Ходасевич, Т. И. Ходасевич Справочник по устройству и ремонту электронных приборов автомобилей.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Назначение и описание автоматизированной системы диспетчеризации горнотранспортного комплекса на базе использования системы спутниковой навигации GPS. Эффективность автоматизированных систем управления промышленным транспортом в Куржункульском карьере.

дипломная работа , добавлен 16.06.2015


Спутниковые технологии в инновационной стратегии ОАО "РЖД". Эксплуатационные возможности спутниковой навигации на железнодорожном транспорте и обоснование ее необходимости. План перегона "Трубная-Заплавное", технические решения при модернизации участка.

курсовая работа , добавлен 30.06.2015


Исследование назначения, устройства и принципа действия тормозной системы. Анализ основных особенностей электронной антиблокировочной системы автомобиля. Характеристика техники безопасности, технического обслуживания и видов ремонтных работ Honda Accord.

курсовая работа , добавлен 30.04.2012


Технологическое планирование участка по установке системы спутниковой навигации и мониторинга. Монтаж датчика уровня топлива и блока навигации, подбор оборудования. Разработка алгоритма расхода топлива в городском режиме с применением системы Omnicomm.

дипломная работа , добавлен 10.07.2017


Изучение устройства и принципа действия системы курсовой устойчивости автомобиля. Определение наступления аварийной ситуации. Исследование способов сохранения устойчивости и стабилизации движения автомобиля с помощью системы динамической стабилизации.

реферат , добавлен 23.04.2015


Описание принципа действия тормозной системы автомобиля. Исследование назначения, устройства, неисправностей и их устранения. Техническое обслуживание стояночной тормозной системы. Требования безопасности при ремонте. Санитарные требования к производству.

курсовая работа , добавлен 03.08.2014


Многообразие факторов обеспечения безопасности. Автоматизированная система управления российских железных дорог. Особенности автоматизированной системы мониторинга проведения ремонтных работ на базе спутниковой навигации. Интеллектуальный грузовой поезд.

презентация , добавлен 07.04.2012


Исследование назначения, устройства и принципа действия системы охлаждения автомобиля ВАЗ 2107. Техническое обслуживание и ремонт автомобиля. Техника безопасности при работе с нефтепродуктами. Изучение правильной эксплуатации автозаправочных станций.

дипломная работа , добавлен 12.10.2013


Предпосылки и основные этапы создания системы спутниковой GPS-навигации. Назначение и описание автоматизированной системы диспетчеризации горнотранспортного комплекса на базе использования GPS. Расчет эффективности внедрения АСУ промышленным транспортом.

дипломная работа , добавлен 06.07.2015


Характеристика предназначения и принципа действия антиблокировочной тормозной системы. Изучение структуры датчика, системы регуляции давления тормозной жидкости. Обработка сигналов датчика. Моделирование антиблокировочной системы автомобиля в Vissim.