Информационное взаимодействие между пассажирскими транспортными средствами и диспетчерским центром

В настоящее время для повышения эффективности пассажирских перевозок и обеспечения безопасного функционирования транспортного комплекса, широкое применение нашли автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ). Под автоматизированными системами диспетчерского управления понимается система, использующая навигационно-связное оборудование (НСО), основанное на спутниковой навигации, и средства транспортной телематики.

В Москве в ГУП «Мосгортранс» внедрение радионавигационной системы диспетчерского управления на наземном пассажирском транспорте ведется с 2003 года. К настоящему времени АСУ «Навигация» внедрена на маршрутах 12-го и 15-го автобусных парков. Система разработана и внедрена научно-производственным предприятием «Транснавигация» под методическим руководством Минтранса РФ и с участием кафедры транспортной телематики МАДИ.

Данная статья рассматривается на примере ДЦ «Курчатовский», который обслуживает филиалы «12 автобусный парк» и «15 автобусный парк» ГУП «Мосгортранс». В настоящее время, в ЦД «Курчатовский» - радиоканал (связь УКВ) используется как основной канал оперативного обмена информацией между пассажирскими транспортными средствами и диспетчерским центром. В будущем планируется использовать УКВ канал как дополнительный - резервный для обеспечения основных технологических процессов и повышения надежности пассажирских перевозок.

Передача данных по радиоканалу в ряде случаев надежнее и дешевле, чем передача по коммутируемым или арендованным каналам и особенно по каналам сотовых сетей связи. В ситуациях, характеризующихся помехами и отсутствием доступности инфраструктуры связи, использование радиосредств УКВ связи для передачи данных часто является единственно возможным вариантом организации связи либо обеспечения резервного канала обмена данными между ТС и диспетчерским пунктом.

В ДЦ «Курчатовский» все стационарные оборудования являются дуплексными¹, а мобильные – полудуплексными². Когда канал занимается каким-либо из диспетчеров во время оперативных переговоров, поступление циклически-опрашиваемых навигационных данных от транспортных средств в ДЦ парализуется и на мониторе в пользовательском интерфейсе у диспетчера контролируемые транспортные средства начинают отставать от реальных, действительных значений. Следовательно, приводит это к тому, что снижается оперативность в управлении транспортными средствами и их безопасность.

Решением задачи может послужить такие мероприятия как:

• перераспределение радиостанции между каналами таким образом, что бы количество сеансов в обоих каналах УКВ было примерно одинаковым (для равной нагрузки);
• решение инженерно-технологической задачи оптимального распределения между данными и радиопереговорами непосредственно внутри канала (алгоритм, блок-схема).

1. Перераспределение каналов.

Рисунок 1. Предлагаемые мероприятия по оптимизации УКВ радиоканала

Были определены две категории рабочего графика диспетчера для последующей оптимизации использования УКВ радиоканала:

• состояния пика;
• «до-, меж-, и после» пика.

Таблица 1

Однодневный рабочий график диспетчера

2. Решение инженерно-технической задачи.

Режим «до-, меж- и после-пиковое состояние».

По проведенному анализу однодневного рабочего графика диспетчера было выявлено средняя загруженность по УКВ радиоканалам во время управления. Данный анализ, с учетом средней нагрузки на канал во время до-, меж- и после-пикового состояния, дает возможность правильного построения алгоритма эффективного распределения сеансов связи и поступления навигационных данных между собой.

Рисунок 2. Предлагаемая блок-схема для режима «до-, меж- и после-пиковое состояние»

Алгоритм предлагаемого режима:

Шаг 1. Инициирование сеанса связи ;

Шаг 2. Опрашивается первый радиоканал на свободность использования. Если да, переход к шагу 4, в противном случае к шагу 3.

Шаг 3. Опрашивается второй радиоканал на свободность использования. Если да, переход к шагу 4, в противном случае диспетчеру на дисплее монитора сообщается: «канал занят» и переход к шагу 5.

Шаг 4. Коммутация связи.

Шаг 5. Конец связи.

Режим «ПИК»

Предложенный режим «ПИК» будет срабатывать в пиковых периодах рабочего дня:

• утром с 7:00 до 10:30;
• вечером с 17:30 до 21:00.

Таким образом, во время пиковых периодов обеспечивается поступление нужного количества навигационных данных для обработки и вынесения эффективных решений для оперативного управления. Режим дает одинаковую нагрузку диспетчерам, что повышает эффективность в управлении транспортными средствами.

Статистика филиала «15 автобусный парк» в ДЦ «Курчатовский» показывает, что по будням в утренний (7:00-10:30) или вечерний (17:30-21:00) пик по одному каналу осуществляется в порядке 100-120 переговоров с переменным, по времени, поступлением навигационных данных от каждого ТС. Так как в ДЦ сейчас нет определенного порядка чередования переговоров с «данными», возникают ситуации, когда диспетчер, вызывая водителя на связь, занимает канал, для определения текущего местонахождения ТС. А это в свою очередь снижает эффективность диспетчерского управления.

Теоретический анализ.

Данный анализ помогает количественно оценить возможные переговоры и навигационных данных поступающие в ЦДС, учитывая тот случай, когда сеансы за пиковый период длятся строго по одинаковой продолжительности.

Рисунок 3. Статистика переговоров филиала «15 автобусный парк» в ДЦ «Курчатовский» за май 2009 года, будние (20 май 2009)

Рисунок4. Статистика переговоров филиала «15 автобусный парк» в ДЦ «Курчатовский» за май 2009 года, выходные (16 май 2009)

Для определения возможного количества сеанса связи, если каждый сеанс длится по одинаковой продолжительности, предлагается формула:

П=a*[Тпик/(a*Тг+Тд)] (1)

П – количество возможных переговоров;

Тпик – пиковый период, [сек];

Тг – продолжительность одного сеанса, [сек];

Тд – время, в течении которого навигационные данные поступают в ЦДС, [сек];

a – количество сеанса, после которого радиоканал принимает только навигационные данные за время tнав:

a=3 для Тг менее 30 секунд;

a=2 для Тг в промежутке от 30 до 50 секунд;

a=1 для Тг более 50 сек.

Для подсчета возможного количества поступивших навигационных отметок Н в ЦДС, предлагается формула:

Н=Тпик/(a*Тг+Тд)]=П/a (2)

Было принято разбить время сеанса на три категории:

Первая категория – сеансы, продолжительность которых от 0 до 30 (включительно) секунд;

Вторая категория – от 30 до 50 (включительно) секунд;

Третья категория – от 50 до 60 секунд.

Категория 1.

Рисунок5. Переговоры, длительность которых менее 30 секунд. Основываясь на предлагаемом базовом алгоритме, имеем выделение 60 секундного времени для поступления навигационных данных, которое будет осуществляться после каждого третьего сеанса (a=3). После постановки данных в формулу 1 и 2 получаем следующее: за время Тпик=210 минут включенного режима, при Тг=5 секунд, Тд=60 секунд будет сделано П=504 переговоров и Н=168 навигационных отметок от транспортных средств.

Категория 2.

Рисунок6. Переговоры, длительность которых от 30 до 50 секунд

Если переговоры по продолжительности составляют от 30 до 50 секунд, то выделение 60 секундного времени для поступления навигационных данных будет осуществляться после каждого второго сеанса (a=2). После расчета формул 1, 2 за период Tпик=210 минут при продолжительности сеанса Тг=31 секунд, получаем П=207 возможных переговоров и Н=103 возможных навигационных отметок от ТС.

Категория 3.

Рисунок7. Переговоры, длящиеся свыше 50 секунд

Выделение 60 секундного времени для поступления навигационных данных будет осуществляться после каждого сеанса (a=1) и тогда, по предложенным формулам 1 и 2, получаем, что за 51 секунд будет сделано П=114 переговоров и Н=114 обновлений ТС.

Показанные диаграммы на рисунках 6,7 и 8 - для идеального случая. Но практика показывает обратное, сеансы по своей длительности, в основном, бывают не одинакового характера. Это приводит к некоторым изменениям в формулах 1 и 2:

Время пиковое состоит из времени для голосовых сеансов и «данных», поступающих с ТС:

Тпик = Тг.об + Тд.об; (3)

Тпик – пиковое время; Тг.об – общее время голосового сеанса; Тд.об – общее время поступления навигационных данных.

Тг.об = Тг * n; (4)

Тг – продолжительность одного сеанса; n – общее количество сеансов.

n = n1 + n2 + n3; (5)

n1, n2, n3 – количество сеансов категорий 1, 2, 3;

Тг.об = P1*n*T1 + P2*n*T2 + P3*n*T3; (6)

Р1 + Р2 + Р3 = 1;

P1, P2, P3 – процентная доля категорий 1, 2, 3 от общей (берется из статистики); Т1, Т2, Т3 – усредненная продолжительность времени для категорий 1, 2, 3.

Из формулы 6 выводим n (общее количество сеансов):

n = Тг.об / (Р1*Т1 + Р2*Т2 + Р3*Т3); (7)

или подставив вместо Тг из (3) получим:

n = (Тпик – Тд.об) / (Р1*Т1 + Р2*Т2 + Р3*Т3); (8)

Тд.об = (N * z) / f; (9)

N – количество ТС, вышедших на линию; z – требуемое время для поступления навигационных данных с N транспортных средств; f – частота опроса ТС,(5 раз/сек);

Подставив формулу 9 в 8, окончательно получим универсальную формулу для подсчета общего количества возможных сеансов:

n = (Тпик – ((N * z) / f)) / (Р1*Т1 + Р2*Т2 + Р3*Т3); (10)

Для базового алгоритма предложенные формулы и категории играют роль некого ограничителя, который препятствует переговорам диспетчеров (когда канал полностью «забит» переговорами и нет возможности поступления навигационных данных в диспетчерскую систему).

Базовый алгоритм.

Шаг 1. Начало сеанса связи.

Шаг 2. Для значений n («счетчик» коротких сеансов, не длившихся более 30 секунд) и m («счетчик» длинных сеансов, длившихся более 31, но не более 59 секунд) в памяти сохранить единицу;

Шаг 3. Если интервал времени между текущим и предыдущим сеансами менее 50-60 секунд, перейти на шаг 4 (при n=1и m=1 не проверяя условие перейти на шаг 4), в противном случай перейти на шаг 8;

Шаг 4. Если время сеанса не более 30 секунд, проверять условие n=3 (если условие подтверждается, перейти на шаг 7, если нет, то n=n+1, постановка запроса на связь в очередь (начало нового сеанса) и перейти на шаг 3), в противном случай, перейти на шаг 5;

Шаг 5. Если время сеанса более 30, но не более 50 секунд, проверять условие m=2 (если условие подтверждается, перейти на шаг 7, если нет, то m=m+1, постановка запроса на связь в очередь (начало нового сеанса) и перейти на шаг 3), в противном случай, перейти на шаг 6;

Шаг 6. Сеанс по продолжительности превзошел лимитного времени 60 секунд*;

Шаг 7. Прием по УКВ каналу навигационных данных (50-60 секунд)** с ТС, распоряжение диспетчера на использование канала временно останавливается до истечения введенного времени 50-60 секунд;

Шаг 8. Обнуление «счетчиков» n и m;

Шаг 9. Ожидание системой запроса на связь со стороны диспетчера, перейти на шаг 1;

Примечание.

* В ДЦ при использовании УКВ канала в течении одного сеанса предусмотрено ограничение 60 секунд (чтобы канал не занимался, в случае, если диспетчер забудет завершить сеанс).

** В связи с ограничениями циклической частоты опроса транспортных средств (4-6 раз в секунду), для полного опроса всех

ТС по одному разу потребуется 50-60 секунд.

Рисунок8. Базовая блок-схема режима «ПИК»

n – «счетчик» коротких сеансов, не длившихся более 30 секунд.

m - «счетчик» длинных сеансов, длившихся более 30, но не более 50 секунд.

Далее представляется графическая интерпретация анализа эффективности использования предложенного алгоритма для диспетчерского управления (рис. 10).

Рисунок9. Анализ эффективности использования предложенного алгоритма для диспетчерского управления

График наглядно показывает, что при использовании рассчитанных методов алгоритма, время на получение навигационных данных не опустится ниже порога минимально необходимого количества данных в систему. При сравнении этого состояния с текущим положением, которое складывается сейчас в ДЦ «Курчатовский», можно увидеть, что алгоритм помимо обеспечения необходимого количества навигационных данных, на каждом временном отрезке показывает эффект, связанный с обеспечением поступления данных в систему с запасом времени, учитывается тот факт, что предлагаемый проект закладывает в систему упорядоченность времени для поступления «данных» и осуществления переговоров по УКВ каналу.

Актуальность внедрения такого проекта связана с тем, что в алгоритмическом обеспечении системы АСУ «Навигация» используется модель, задача которой: обрабатывать каждую навигационную посылку, поступающую в систему для решения задач оперативного диспетчерского управления и прогнозирования. Устойчивая работа модели требует непрерывного, бесперебойного поступления навигационных данных в систему (с частотой не реже 1минуты). Блокирование канала связи переговорами в ЦДС «Курчатовский» нарушает это условие. В результате снижается эффективность диспетчерского управления, которое приводит к росту ресурсных потерь, связанных с регулярностью движения, расходом ГСМ и т.д. Предложенный алгоритм в данной статье обеспечит использование радиоканала в последовательном, упорядоченном режиме с получением диспетчерской системой навигационных посылок с необходимой частотой.

Таким образом, во-первых, предлагаемый проект закладывает в систему упорядоченность времени для поступления «данных» и осуществление переговоров по УКВ каналу, решая, тем самым, вопрос поступления навигационных данных в нужном объеме и в требуемые сроки, не нарушая режимов оперативного диспетчерского управления. И во-вторых, разработанный алгоритм обеспечивает основные социально-экономические эффекты от внедрения и эксплуатации автоматизированной радионавигационной системы, а именно:

• повышение качество обслуживания и количество перевозимых пассажиров за счет повышения регулярности движения ТС;
• уменьшение потерь линейного времени при простоях ТС;
• экономия топлива на 5% в результате сокращения времени нахождения ТС в пути;
• сокращение эксплуатационных расходов на 10%.