Высказано оно было в те светлые годы, когда тихие улицы городов бороздили редкие автомобили, вызывающие искренний интерес обывателей, мирно шествующих по улицам, не подозревая, что готовит им прогресс в не столь уж далеком будущем. Довольно скоро «средство передвижения» заполонило улицы и проспекты, прижав пешеходов к стенам домов, и все их отчаянные попытки отвоевать жизненное пространство безжалостно пресекались. С тех пор попытки обуздать потоки «железных коней», контролируя их движение, стало делом чести пешеходов - ведь вопрос шел о выживании.

Сначала появились регулировщики движения. Затем, когда наиболее умные из пешеходов поняли, что автомобиль, как любое необузданное животное, реагирует на цвета, появились светофоры красных огней, которых автомобили панически боятся, замирая в оцепенении. Сначала светофорами управляли эти же самые регулировщики, а потом - дорожные контроллеры - устройства, которым пешеходы передали часть своего опыта и знаний по управлению поведением автомобилей.

Со временем, автомобилей на улицах городов стало так много, что они заполонили улицы, сбиваясь в стадо около перекрестков, бестолково ревя моторами и клаксонами, пытаясь пробиться в нужном направлении. Пришлось решать проблему координированного управления движением потоков автомобилей через несколько перекрестков, умиротворяя их «зелеными волнами». Для этого дорожные контроллеры перекрестков объединились в единую сеть под управлением компьютера, электронным «мозгам» которого пешеходы доверили свои жизни.

Проблемы

За последние годы в Москве резко возросла интенсивность транспортного движения. С этим сталкиваются практически все крупные города мира, и без применения компьютерных средств управления транспортными потоками эту проблему решить практически невозможно. «Мозговой центр» подобной системы должен:

  • уметь оценивать интенсивность потоков транспорта в различных районах города;
  • управлять длительностью сигналов светофоров для создания «зеленых волн», с помощью которых «стадо» автомобилей, не останавливаясь лишний раз на перекрестках, двигается в нужных направлениях;
  • оценив интенсивность потока транспорта, управлять его скоростью и, возможно, направлением с помощью «интеллектуальных» знаков - указателей или прямых директив водителям на световых табло;
  • управлять движением потоков транспорта с учетом времени суток;
  • уметь оценивать экологическую обстановку в районе управления и предпринимать определенные усилия по ее улучшению;
  • уметь понимать команды человека-оператора и передавать их на дорожные контроллеры перекрестков;
  • уметь принимать команды постовых-милиционеров с улиц для оперативного управления движением транспорта с уличного перекрестка;
  • круглосуточно и без перерывов работать с беспрецедентной надежностью.

Как это делалось ранее?

Более 10 лет тому назад институтом «МосгортрансНИИпроект» была разработана ныне действующая система «СТАРТ», представляющая собой сложный трехуровневый иерархический комплекс управления движением транспорта в центре Москвы.

На нижнем уровне системы были расположены средства управления светофорной сигнализацией - дорожные контроллеры (ДК) и детекторы транспорта (ДТ) - сенсоры, собирающие информацию о параметрах транспортных потоков. ДК и ДТ расположены в зонах перекрестков и функционируют непосредственно в уличных условиях. Каждый ДК может работать автономно (локальный режим) по заданной программе или в режиме системы, транслируя команды центра управления (ЦУ), передавая их на светофорную сигнализацию и управляемые дорожные знаки (УДЗ).

Все ДК и ДТ связаны с центром управления некоммутируемыми телефонными линиями. В центре управления, каждые пятнадцать линий связи (или ДК) объединяются концентратором, который в соответствии со специальным протоколом, собирает с ДК информацию об их состоянии, исполнении команд ЦУ и параметрах транспортных потоков. От концентратора к ДК передаются команды управления светофорами и УДЗ.

Второй ранг иерархии образуют концентраторы, которые через сервер проводных каналов связи передают собранную с перекрестков информацию на верхний уровень - управляющий вычислительный комплекс (УВК).

Как это делается сейчас?

Рис. 1. Система «СТАРТ-КВИН»

После десяти лет функционирования системы «СТАРТ», начата ее модернизация. В центре управления установлена сеть станций, работающих под управлением ОС Solaris. Для хранения данных в системе использована СУБД Informix. Все эти средства модернизируют верхний уровень управления, в котором кроме автоматического, предусмотрено еще и оперативное диспетчерское управление, при котором персонал получает информацию от УВК; речевую информацию через средства связи; телеметрию от подсистемы телевизионного надзора за движением, выводимую на полиэкран видеоконтрольных устройств; данные от коллективных средств отображения информации на базе «видеостены».

Все двадцать районных концентраторов в новой версии заменяются одним - комплексом «СТАРТ-КВИН», аппаратная часть которого была разработана компанией РТСофт, а прикладное ПО МосгортрансНИИпроектом. Комплекс «СТАРТ-КВИН» связан с перекрестками проводными линиями связи, а с центром управления по оптоволоконной сети c использованием протокола ТСР/IР. На рис. 1 приведена структурная схема модернизированной системы.

Комплекс «СТАРТ-КВИН» построен на базе промышленного VMEbus-контроллера [1]. Ядро комплекса - интеллектуальный встраиваемый компьютер MVME-172 компании Motorola Computer. Рабочее место оператора реализовано на базе стандартного ПК, установленного в центре телеавтоматического управления ГИБДД УВД города Москва.

Из центра управления в комплекс «СТАРТ-КВИН» загружается локальная база данных и необходимые программные модули, сохраняемые в памяти MVME172. Во время работы в центр управления возвращается информация для анализа и отображения, а также принимаются команды операторов.

В качестве устройств ввода/вывода для связи с ДК используются мезонинные контроллеры IndustryPack [2] от компании SBS Technologies Modular I/0, а для цифрового ввода/вывода применяется IP-Digital48 - 48-миканальный недорогой контроллер с прекрасными параметрами надежности (наработка на отказ - более 1 млн. часов). Кстати, сам встраиваемый компьютер MVME172, используемый в комплексе, имеет не менее впечатляющие параметры надежности - 200 тыс. часов наработки на отказ и 5 лет гарантии безотказной работы. Каждый ДК подсоединен к комплексу «СТАРТ-КВИН» линиями связи, по которым производится ввод телеметрической информации и вывод информации телеуправления. Таким образом, один мезонинный контроллер IP-Digital48 управляет шестнадцатью дорожными контроллерами, что соответствует 16-ти перекресткам дорожной системы Москвы.

Протоколы обмена информацией между «СТАРТ-КВИН» и ДК унаследованы от старой системы управления, которые по физическим параметрам сигналов и логике приема/передачи не соответствуют ни одному из современных коммуникационных протоколов, поэтому для физического сопряжения IP-Digital48 и существующих линий связи с дорожными контроллерами были разработаны специальные адаптеры линий связи. Эти устройства представляют собой модуль сопряжения существующих каналов с IP-Digital48, реализующий оптическую развязку и преобразование сигналов ДК в соответствии с интерфейсом IP-Digital48.

Конструктивно адаптер - это модуль VMEbus формата 6U, к которому подключаются 48 физических линий связи с ДК. IP-Digital48, в свою очередь, подключаются к адаптеру - 16 перекрестков получают и передают информацию для обработки через один IP-Digital48 и один адаптер. Максимальное расстояние от перекрестка до центра управления - 20 км.

В процессе работы «СТАРТ-КВИН» ежесекундно осуществляет следующие операции:

  • опрашивает все подключенные к нему ДК;
  • на основании полученной информации, используя локальную базу данных и текущие алгоритмы координации, вырабатывает управляющие воздействия на светофоры и прочее периферийное оборудование перекрестков;
  • производит вывод управляющей информации на ДК;
  • производит обмен информацией с УВК комплекса «СТАРТ»;
  • выводит информацию на локальный пульт оператора и обрабатывает введенные от него команды.

В качестве операционной системы, управляющей работой комплекса, используется ОС реального времени OS-9, которая предоставляет стандартные средства для:

  • организации работы прикладных процессов в соответствии с заданными временными интервалами при обменах с периферийным оборудованием;
  • организации информационного взаимодействия между процессами системы;
  • организации обменов с пультом оператора комплекса путем поддержки DDE-протокола обмена;
  • управления дисковыми накопителями (UNIX- подобная файловая система);
  • организации и управления обменами с контроллерами в/в.

Система OS-9 предоставляет программисту необходимые возможности по реализации поставленных задач, обладает высокой реактивностью и компактностью получаемого кода. Данная ОС является сегодня одной из наиболее используемых в системах промышленной автоматизации, особенно построенных на базе микропроцессоров Motorola. Во многих странах системы управления движением транспорта используют именно OS-9 (например, транспортные потоки в Нью-Йорке).

Пульт оператора комплекса «СТАРТ-КВИН» представляет собой ПК, работающий под управлением NT и соединенный каналом связи с VMЕ-контроллером. На экране пульта в реальном масштабе времени отображается оперативная обстановка на перекрестках. Пульт предназначен также для управления за движением транспортных потоков в обслуживаемом районе. SCADA система InTouch [3], используемая для сбора, обработки и отображения информации, позволяет оператору-технологу выполнить графическую привязку подсистемы «СТАРТ-КВИН» к реальному району управления, а также скорректировать схемы перекрестков в случае изменения состава их оборудования, порядка размещения ДК и т.п.

Комплекс «СТАРТ-КВИН» установлен в Центре телеавтоматического управления ГИБДД УВД города Москва где он, работая в составе комплексной системы управления дорожным движением Москвы - «СТАРТ», используется для обуздания транспортных потоков в пределах Садового кольца. В 1998-1999 гг. в Москве развернуто еще несколько комплексов «СТАРТ-КВИН», осуществляющих управление движением транспорта на крупнейших магистралях города: Кутузовском участке третьего транспортного кольца города, Ленинградском проспекте, проспекте Мира, Профсоюзной улице, Рязанском проспекте, Ярославском шоссе и т.д. В самом ближайшем будущем планируется поставить под управление подобными комплексами все крупнейшие магистрали Москвы, включая полностью третье транспортное кольцо, а также использовать их для управления движением транспорта в других крупных городах России.

Михаил Печерский - начальник отдела «МосгортрансНИИпроект».

Александр Буданов, начальник отдела компании РТCофт. Заслуженный конструктор РФ. С авторами можно связаться по e-mail: rtsoft@rtsoft.msk.ru

Литература

[1] Wade D. Peterson The VMEbus HANDBOOK

[2] IndustryPack. Logic Interface Specification, Rev. 0.7.1

[3] SCADA-продукты на российском рынке. Мир компьютерной автоматизации. №3 1999