Исследование информационной безопасности программно-аппаратного инфокоммуникационного комплекса управления дорожным движением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Цели ИТС
• 1.1 Историческая справка. Как «умнели» светофоры
• 1.2 А что же в России?
• 2. Подробный разбор основных зарубежных интеллектуальных транспортных систем
• 2.1 SCOOT™ - Split Cycle and Offset Optimisation Technique. World famous adaptive urban traffic signal control system
• 2.2 SCATS® (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)
• 2.3 InSync adaptive traffic control system
• 2.4 SURTRAC (Scalable URban TRAffic Control)
• 2.5 SWARCO
• 3. Подробный разбор основных отечественных интеллектуальных транспортных систем
• 3.1 «СТАРТ»
• 3.2 «Спектр»
• 3.3 АСУДД-Приоритет
• 3.4 АСУДД "КС"
• 3.5 САУДТ "Мегаполис"
• 4. Оценка рынка АСУДД и основные тенденции
• 5. Анализ структуры комплекса управления дорожным движением
• Заключение
• Список используемых источников
• Введение
• Модное сейчас слово ИТС (интеллектуальные транспортные системы), которым разнообразные сведущие и не очень люди разбрасываются направо и налево, мало что значит для ИТ-специалиста. Максимум, на что хватает фантазии -- это на пресловутые умные светофоры и на безнадежную борьбу с пробками в наших мегаполисах. В регионах, где пробок нет, ИТС и вовсе остается всего лишь любопытной теорией.
• Как бы то ни было, разберемся в том, что же собой представляют ИТС и для чего они предназначены. Разберем на самом высоком уровне архитектуру ИТС и коротко пробежимся по основным ее блокам. Заодно системным архитекторам будет любопытно узнать, как вообще строится архитектура систем масштаба страны.
• Сразу стоит оговориться, что в рамках ИТС мы будем рассматривать только автотранспортную сферу и не будем говорить о железнодорожных, авиа- и морских перевозках. Это отдельная большая тема, в которой, есть свои специалисты.
• Согласно прогнозам исследовательского агентства Research and Markets, объем рынка решений для построения «умных дорог» достигнет к 2022 году отметки в $2,6 млрд с показателем CAGR около 24%. Основным драйвером рынка станут решения, направленные на обеспечения безопасности дорожного движения. Правительства многих стран серьезно озаботились ростом количества дорожно-транспортных происшествий, а информационные технологии позволяют решить данную проблему.
• Самым массовым сегментом рынка «умных дорог» являются детекторы транспортных потоков. Аналитики Research and Markets предполагают, что в течение 2016-2022 годов эти датчики продолжат занимать лидирующие позиции на рынке за счет увеличения объемов инвестиций и появления большого количества профильных стартапов.
• Согласно всему вышеизложенному, будут появляться новые интеллектуальные транспортные системы, развиваться, а как следствие и усложняться существующие, в связи с этим в них могут находиться ошибки в алгоритмах. Последствия от использования найденных уязвимостей могут быть самые различные: от требования выкупа от государства, до террористических актов. В связи с чем, считаю свою тему: «Исследование информационной безопасности программно-аппаратного инфокоммуникационного комплекса управления дорожным движением» оправданно актуальной.
• светофор транспорт интеллектуальный архитектура
• 1. Цели ИТС
• В мире существует только одна всеобъемлющая архитектура ИТС. Это предложенная транспортным департаментом США инициатива, направленная на создание единого информационного пространства, объединяющего автомобили, дорожное оборудование, диспетчерские залы и ЦОД по всей стране. Европейцы долго пытались создать что-нибудь подобное, но далеко в этом деле не продвинулись, погрязнув в технических деталях. По слухам они в настоящее время разрабатывают что-то на основе данного стандарта.
• Создание единой архитектуры ИТС позволяет контролировать три основных направления:

· Безопасность. Основная цель -- снижение аварийности на дорогах. Сюда же входит мониторинг природных и техногенных катаклизмов.

· Мобильность. Сбор информации о пробках от движущихся в потоке автомобилей и информирование участников движения.

· Защита окружающей среды. Снижение ущерба окружающей среде от автотранспорта посредством мониторинга ситуации в реальном времени и своевременного принятия решений.

1.1 Историческая справка. Как «умнели» светофоры

Основные типы «умных» светофоров интересно рассмотреть в исторической перспективе, так как появлялись они не сразу и развивались от простого к сложному.

Автомобильные светофоры пришли к нам от железнодорожников. Первый электрический светофор с ручным управлением в США был установлен в Кливленде в 1914 году. А уже через три года, в 1917 году в Солт Лейк Сити была сконструирована система, управляющая светофорами сразу на шести перекрестках. Роль дорожного контроллера выполнял регулировщик. В 1922 году в Хьюстоне сделали то же самое, но уже на двенадцати перекрестках. Управление велось в ручном режиме из специальной башни.

Концепция автоматического светофора была предложена в 1928 году. Его мог установить и настроить любой электрик и все принялись закупать и устанавливать такие светофоры. Но сразу же возникли проблемы в больших городах, где существуют утренние и вечерние часы пик, в которые хорошо бы поменять планы координации светофоров, чтобы не создавались пробки. В полный рост встали проблемы нехватки персонала для этого ответственного дела. Пытливый американский разум задумался над дальнейшим совершенствованием дорожной автоматики.

В период с 1928 по 1930-й годы изобретатели предложили различные конструкции детекторов давления, определяющих наличие автомобилей на перекрестке. Это позволило сделать первые модели светофоров, реагирующих на транспорт (traffic-actuated). Такие светофоры давали эффект на магистралях, где красный по главному ходу включался только если со стороны второстепенной дороги подъезжала машина. Такие системы стоят в США до сих пор и неплохо справляются со своей задачей на изолированных перекрестках. Похожим образом работают и пешеходные вызывные кнопки, при нажатии на которую в следующий цикл регулирования встраивается пешеходная фаза.

В 1952 году в Денвере установили первый аналоговый контроллер, который позволил объединить несколько разрозненных перекрестков в единую управляемую сеть и переключать заранее рассчитанные планы координации в зависимости от времени суток и дней недели. В последующее десятилетие несколько сотен подобных систем было проинсталлировано по всему миру.

Подобные системы активно использовали параметр смещения, включая зеленый не сразу на всех перекрестках, а со смещением, зависящим от расстояния между перекрестками и параметров транспорта («зеленая волна»). Специально обученный инженер рассчитывал и рисовал на бумаге схемы координации, которые потом закладывались в контроллеры. Система оказалась настолько простой и надежной, что активно используется до сих пор в городах, не обремененных излишним трафиком.

В 1960 году в Торонто для управления светофорами установили первый «настоящий» компьютер - шикарный аппарат IBM 650 с барабанной памятью на 2000 машинных слов. Это был колоссальный прорыв в технологиях управления дорожным движением! Через три года под централизованным управлением находились более 20 перекрестков, а к 1973 году компьютер управлял уже 885 перекрестками!

Видя столь явный успех, IBM продолжила работать над использованием своих компьютеров в управлении светофорами. В 1964 году стартовал проект в центре Сан Хосе с компьютером IBM 1710, а в 1965 для города Вичита Фоллс (Техас) был установлен IBM 1800 (продвинутая версия модели 1130 с увеличенным количество портов ввода/вывода), который успешно управлял 85 перекрестками. Компьютер в Сан-Хосе также был заменен впоследствии на IBM 1800 (Рисунок 4.1.1). Система оказалась настолько удачной, что данную конфигурацию стали использовать во многих американских городах от Остина и Портленда до Нью Йорка.

Работа над стандартизацией систем управления светофорами стартовала в 1967 году. В рамках пилотного проекта построили управляющую систему для Вашингтона, которая включала 113 перекрестков, оснащенных 512 детекторами транспорта на основе индуктивной петли. Компьютер получил возможность не только вслепую переключать планы координации, но и получать информацию о транспортных очередях на перекрестках (тогда еще допплеровские радары для измерения скорости потока не использовали). Короче говоря, критическая масса подключенных к компьютерам светофоров была достигнута, и переход от количества к качеству был лишь делом времени. Начались масштабные исследования в области разработки управляющих алгоритмов.

Идея иметь планы координации на все случаи жизни в теории была неплоха, но на все случаи жизни, как оказалось, планов не напасешься. Разработка каждого плана в 70-х производилась на бумаге и была довольно трудоемким и творческим процессом. И если для длинной улицы со светофорами, наподобие Ленинского проспекта в Москве, рассчитать алгоритмы было довольно легко, то на сети улиц это была уже совсем нетривиальная задача. Тем более что городов много, и не все из них могут себе позволить держать в штате грамотного транспортного инженера.

И вот в 70-х британское исследовательское бюро TRRL (The Transport and Road Research Laboratory) разработало и внедрило на улицах Глазго систему SCOOT (Split, Cycle and Offset Optimization Technique), которая позволяла «играться» параметрами цикла светофорного регулирования в определенных границах в зависимости от информации транспортных детекторов, измеряющих наличие и длину очередей на светофорах. SCOOT совмещала преимущества фиксированных планов координации для сети и адаптивного управления, когда «умный» светофор сам «подруливает» циклом и длительностями зеленых сигналов. SCOOT в 80-х имел ряд успешных внедрений в Европе и Северной Америке. Более того, сейчас этот алгоритм (уже в третьем поколении) лицензирован более чем 100 компаниям для использования в составе своих систем.

SCOOT в третьем поколении показывает чудеса изощренного управления: он умеет обрабатывать нестандартные ситуации, растаскивать заторы, сглаживать последствия вмешательства в транспортный поток регулировщиков и временных перекрытий движения.

Одновременно со SCOOT в 70-е и 80-е годы стали появляться аналогичные системы управления. Австралийская система SCATS (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System) стала основным конкурентом британцев и также широко внедрялась во всем мире. Как и SCOOT, SCATS относится к системам, «чувствительным» к трафику (traffic responsive).

Также развивались и полностью адаптивные алгоритмы управления (traffic adaptive), который представляли в мире OPAC (Optimized Policies for Adaptive Control) и RHODES, разрабатываемый Аризонским университетом.

Сейчас разница в эффективности управления между адаптивными и «чувствительными» системами практически стерлась. Подобно гонке интернет браузеров, эти «тупоконечники» и «остроконечники» постоянно проводят исследования, чтобы доказать эффективность именно своего алгоритма, но отчеты независимых экспертов говорят о том, что в общем разницы-то особой нет.

Зато сейчас с развитием и удешевлением компьютерной техники появились возможности повышения живучести систем управления. Часть управляющей логики стали зашивать непосредственно в дорожные контроллеры, которые даже в случае обрыва связи с центром не терялись и начинали объединяться в управляющие кластеры с соседними контроллерами. В условиях территориально распределенных систем управления обрыв каналов связи обычное дело, и такой бонус стал совсем не лишним.

1.2 А что же в России?

Большинство отечественных работ по управлению трафиком на автодорогах основаны на переводе американской книги 1972 года. Работы по централизованному компьютерному управлению светофорами начались у нас в стране в начале 80-х (то есть на 20 лет позже американцев). По заданию правительства Москвы и министерства транспорта РФ была создана система Старт, умевшая осуществлять координированное управление светофорами. В управляющем центре трудился сервер с базой данных Informix. Технически система была верхом доступного нашим специалистам совершенства. Более 400 светофорных объектов по всему городу управлялись из единого центра! Но ни о каком адаптивном управлении речи не шло. Фактически, это был аналог систем, которые внедрялись по всему миру в 70-е годы до появления адаптивных алгоритмов. И сегодня мы имеем в разных городах разнообразие из фрагментов западных систем управления. Но будем надеяться, что со временем ситуация в этой области нормализуется и появятся более интересные комплексные реализации.

2. Подробный разбор основных зарубежных интеллектуальных транспортных систем

2.1 SCOOT™ - Split Cycle and Offset Optimisation Technique. World famous adaptive urban traffic signal control system

In urban areas where traffic signals are close together, the co-ordination of adjacent signals is important and gives great benefits to road users. Co-ordinating signals over a network of conflicting routes is much more difficult than co-ordinating along a route.

Early work developed off-line software to calculate optimum signal settings for a signal network. TRANSYT, developed by TRL, is probably the best known example. TRANSYT can be used to compile a series of fixed time signal plans for different times of day or for special recurring traffic conditions.

Preparing such signal plans requires traffic data to be collected and analysed for each situation and time of day for which a plan is required. This is time consuming and expensive and unless plans are updated regularly as traffic patterns change they become less and less efficient. To overcome these problems, the concept of a demand responsive UTC system was developed. Initial efforts were not successful, mainly because of a continuing reliance on plans, either pre-prepared or dynamically developed.

TRL developed a methodology to overcome these problems. An on line computer continuously monitored traffic flows over the whole network, fed the flows into an on-line model, similar to that used in TRANSYT, and used the output from the model as input to its signal timing optimisers. These optimisers made a series of frequent small adjustments to signal timings to minimise the modelled vehicle delays throughout the network. This was the basis of SCOOT, which, has been continuously developed to meet the needs of today's traffic managers.

SCOOT has proved to be an effective and efficient tool for managing traffic on signalised road networks and is now used in over 250 towns and cities in the UK and overseas. SCOOT uses data from vehicle detectors and optimises traffic signal settings to reduce vehicle delays and stops. There are a number of basic philosophies which led to the development of SCOOT. One of these was to provide a fast response to changes in traffic conditions to enable SCOOT to respond to variations in traffic demand on a cycle-by-cycle basis. SCOOT responds rapidly to changes in traffic, but not so rapidly that it is unstable; it avoids large fluctuations in control behaviour as a result of temporary changes in traffic patterns.

2.2 SCATS® (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)

SCATS is an adaptive urban traffic management system that synchronises traffic signals to optimise traffic flow across a whole city, region or corridor.

SCATS is more than just a way of linking traffic signals to provide road management coordination, it's a sophisticated traffic engineering system that allows you to implement complex, objective-oriented, traffic management strategies.

SCATS is a truly intelligent traffic management system that considers all aspects of traffic control and can respond to the demands of the network in real time.

To use SCATS you need:

· A SCATS-compatible Traffic Signal Controller.

· A centralised computer system to manage all Traffic Signal Controllers.

· A reliable communications network for the centralised computer system to exchange data with all Traffic Signal Controllers in your city.

· Vehicle detectors at each intersection, usually in the form of loops in the road pavement.

2.3 InSync adaptive traffic control system

TheInSync adaptive traffic control system, developed byRhythm Engineeringis anintelligent transportation systemthat enablestraffic signalsto adapt to actual traffic demand. As of November 2015, InSync is operational in 2,300 traffic signals in 31 states and 160 municipalities in the U.S.

InSync is a plug-and-play system that works with existing traffic control cabinets and controllers. Its two main hardware components are IP video cameras and a processor, sometimes referred to as "the eyes" and "the brain" of the system, respectively. Mounted video cameras determine the number of vehicles present and how long the vehicles have been waiting (also known as delay). The processor, a solid state machine, resides in the traffic controller cabinet at the intersection. The system calls up the traffic signal state that best serves actual demand while coordinating its decision with other intersections.

Local OptimizationInSync uses integrated digital sensors (known as cameras or the existing loop detection) to count the exact number of cars demanding service at an intersection and how long they've been waiting. Approaches are given phasing priority based on this queue and delay data. InSync's dynamic phasing and dynamic green splits enable the traffic signals to use green time efficiently.

Global OptimizationInSync creates progression along an entire corridor by using “green tunnels.” Platoons of vehicles gather and are then released through the corridor. By communicating with each other, the signals anticipate the green tunnel's arrival so vehicles pass through without slowing down or stopping. The green tunnels' duration and frequency can vary to best support traffic conditions. Between green tunnels, the local optimization serves the side streets and left turns.

A survey of adaptive traffic control users published byHDR, Inc.in 2010 titled"Adaptive Traffic Control Systems in the United States: Updated Summary and Comparison"ranked the InSync system number one in a variety of measures, including affordability, up-time, maintenance, reduction in stops, reduction in delay and reduction in travel time.

Several speakers in the adaptive traffic control session at theITS World Congress(Oct. 16-20, 2011, Orlando, FL) cited InSync's entry into the market as the cause of adaptive traffic control's rapid spread in the U.S. 2008-present.

2.4 SURTRAC (Scalable URban TRAffic Control)

SURTRAC is anadaptive traffic controlsystem developed by researchers at theRobotics Institute,Carnegie Mellon University. SURTRAC dynamically optimizes the control oftraffic signalsto improvetraffic flowfor both urban grids and corridors; optimization goals include less waiting, reducedtraffic congestion, shorter trips, and less pollution. The core control engine combines schedule-driven intersection control (SchIC)^[2]with decentralized coordination mechanisms.^[3]Since June 2012, a pilot implementation of the SURTRAC system^[4]has been deployed on nine intersections in theEast Libertyneighborhood ofPittsburgh,Pennsylvania.^[5]SURTRAC reduced travel times more than 25% on average, and wait times were reduced an average of 40%.^[6][4]A second phase of the pilot program for theBakery Squaredistrict has been running since October 2013.

Design

The SURTRAC system design has three characteristics.[citation needed] First, decision making in SURTRAC proceeds in a decentralized manner. Decentralized control of individual intersections enables greater responsiveness to local real-time traffic conditions. Decentralization facilitates scalability by allowing the incremental addition of controlled intersections over time with little change to the existing adaptive network. It also reduces the possibility of a centralized computational bottleneck and avoids a single point of failure in the system.

A second characteristic of the SURTRAC design is an emphasis on real-time responsiveness to changing traffic conditions. SURTRAC adopts the real-time perspective of prior model-based intersection control methods [8] which attempt to compute intersection control plans that optimize actual traffic inflows. By reformulating the optimization problem as a single machine scheduling problem, the core optimization algorithm, termed a schedule-driven intersection control algorithm,[2] is able to compute optimized intersection control plans over an extended horizon on a second-by-second basis.

A third characteristic of the SURTRAC design is to manage urban (grid-like) road networks, where there are multiple (typically competing) dominant flows that shift dynamically through the day, and where specific dominant flows cannot be predetermined (as in arterial or major crossroad applications). Urban networks also often have closely spaced intersections requiring tight coordination of the intersection controllers. The combination of competing dominant flows and densely spaced intersections presents a challenge for all adaptive traffic control systems. SURTRAC determines dominant flows dynamically by continually communicating projected outflows to downstream neighbors.[3] This information gives each intersection controller a more informed basis for locally balancing competing inflows while simultaneously promoting establishment of larger "green corridors" when traffic flow circumstances warrant.

Criticism

The SURTRAC system uses closed-circuit television cameras to sense traffic conditions.[9] Surveillance of public places with CCTV networks has been criticized as enabling totalitarian forms of government by undermining people's ability to move about anonymously. Images gathered by CCTV cameras can be analyzed by automatic number plate recognition software, permitting fully automated tracking of vehicles by the license plates (number plates) they carry. Similarly, facial recognition software can analyze such images to identify and track people by the shape of their faces.

It has been suggested that the benefits of traffic optimization have never been scientifically justified. It inherently favors motorized traffic over alternate modes such as pedestrians, bicyclists, and transit users and may promote more auto use.[10][11] It is suggested that an alternate approach could involve traffic calming, and a conceptual focus on the movement of people and goods rather than vehicles.

The SURTRAC system relies on pedestrians pushing a button in order to trigger a WALK signal, or else the pedestrian will be given a continuous "DON'T WALK" signal, despite motor traffic traveling in the same direction having a green light. Pedestrians are unlikely to ever reach an intersection that already has a walk signal unless there happened to be a pedestrian in front of them who had already hit the cross request button. This results in substantially longer wait times for pedestrians over cars to get through the same intersection, essentially making pedestrians second-class citizens of the streets. Also, many pedestrians are unaware that pushing the button is mandatory in order to receive a walk signal, and are confused when an entire light cycle occurs without ever being allowed to cross. The combination of these behaviors results in higher rates of jaywalking, leading to a less safe environment for pedestrians and higher liability for motorists.

Because they require a continuous supply of electricity, automatic traffic signals are not suitable for use in places where the electric supply is sporadic or nonexistent. For example, traffic in Pyongyang, North Korea is guided by government workers who stand in the intersections under umbrellas.[12][13]

When drivers become accustomed to automated traffic signals, they may forget how to properly yield the right of way, so that when the electric supply is interrupted, as when a disaster occurs, traffic may not flow as well as if the signals had never been used.[14][original research?] This effect could conceivably delay evacuation or impede the movement of emergency vehicles.

The introduction of traffic signals and associated laws may undermine democracy by conditioning citizens to reflexively obey the signal lights.[15][16][original research?]

Roundabouts are an alternative to signaling systems. At a roundabout, motor traffic may not have to come to a stop (so that drivers' time and fuel may be saved), and crossing for pedestrians may be easier. Studies of intersections converted to roundabouts have found reductions in the frequency and severity of accidents.[17] However, these benefits may not be realized if a roundabout is poorly designed. Roundabouts typically require a greater land area than intersections, so doing such conversions in heavily built-up areas may imply demolition of adjacent structures.

2.5 SWARCO

SWARCO - международная группа компаний, предлагающих полный спектр дорожно-разметочных материалов и реализующих комплексные телематические решения по организации и управлению дорожным движением.

Первое предприятие SWARCO начало работу в Австрии в 1969 году, а сегодня группу представляют уже 80 компаний, представленных в 60 странах мира.

SWARCO - мировой лидер в области разработки интеллектуальных транспортных контроллеров, аппаратного и программного обеспечения, энергосберегающего светодиодного оборудования, городских и магистральных адаптивных систем управления движением, решений в области управления общественным транспортом и парковочным пространством. SWARCO располагает полным комплексом решений для обеспечения безопасности дорожного движения и повышения эффективности использования существующей дорожно-транспортной сети для улучшения транспортной мобильности и качества жизни населения. Телематические решения SWARCO являются не только эффективным инструментом борьбы с заторами, но и повышают социально-экономическую привлекательность городов с учетом экологической безопасности

Вот уже более 30 лет SWARCO поддерживает деловые связи с Россией и стремится активно участвовать в повышении безопасности движения на российских дорогах.

3. Подробный разбор основных отечественных интеллектуальных транспортных систем

3.1 «СТАРТ»

Телеавтоматическая система управления движением транспорта в Москве «СТАРТ» создается в соответствии с рядом Постановлений Правительства Москвы и предназначена для автоматического и автоматизированного управления движением транспортных потоков по всей улично-дорожной сети города. Заказчиками на создание системы являются ряд организаций Правительства Москвы и Министерства транспорта РФ.

Ее применение обеспечивает:

*Увеличение эффективности использования дорожно-уличной сети;

*Снижение задержек транспорта на перекрестках;

*Повышение скорости сообщения и безопасности движения;

*Снижение расхода горюче-смазочных материалов;

*Оздоровление экологической обстановки;

*Повышение оперативности управления движением.

Система «СТАРТ» предназначена для выполнения следующих основных функций:

*Автоматическое координированное управление светофорными объектами, обеспечивающее согласованную работу светофоров на смежных перекрестках. При этом с помощью соответствующих математических моделей выполняется многокритериальная оптимизация на сети улиц. Переключение программ координации осуществляется по расписанию (по времени суток и дням недели с учетом сезона), либо адаптивно (по параметрам транспортных потоков);

*Оперативное диспетчерское управление движением транспорта в экстремальных ситуациях;

*Телевизионный надзор за транспортной ситуацией в наиболее напряженных узлах дорожно-уличной сети;

*Автоматический мониторинг транспортных потоков (сбор и анализ данных об интенсивности, скорости движения, занятости и составе потока от различных детекторов транспорта);

*Автоматическое и оперативное диспетчерское управление движением транспорта на скоростных магистралях города, в том числе:

*Автоматическое координированное управление въездами и выездами с целью обеспечения непрерывного движения в основном направлении,

*Автоматическое обнаружение заторов и ДТП,

*Управление движением в тоннелях;

*Автоматизированное информирование участников движения с помощью динамических информационных табло и управляемых дорожных знаков о дорожно-транспортной ситуации, в том числе о:

Осложнении дорожно-транспортной ситуации (ДТП, заторы, дорожные работы, следование колонн уборочной техники) по ходу движения;

Временных изменениях в организации дорожного движения при проведении массовых мероприятий, операций правоохранительных органов и т. п.;

ограничениях скорости движения, в том числе по метеорологическим причинам;

*Контроль и диагностика периферийного оборудования и каналов связи.

Система спроектирована в архитектуре «клиент/сервер» с использованием современных программных и аппаратных решений, обеспечивающих ее открытость, расширяемость и высокую надежность. Она построена по иерархическому принципу. В упрощенном виде структура системы имеет топологию типа «многоуровневой звезды».

В системе можно выделить три уровня:

*Общегородской центр системы;

*Зональные центры управления движением;

*Периферийное оборудование объектов.

Информационное взаимодействие между различными уровнями системы осуществляется по различным сетям передачи данных.

Такая организация системы обусловлена:

*Принятой стратегией автоматизации управления;

*необходимостью минимизации суммарной протяженности каналов связи, а также существующими ограничениями на длину линий связи между зональным центром и дорожным контроллером (20 км);

*соображениями обеспечения повышенной надежности:

отказ отдельного объекта или канала связи не сказывается на работоспособности других объектов,

отказ одного зонального центра не сказывается на работоспособности других зональных центров,

отказ общегородского центра или сети передачи данных между центрами приводит лишь к частичному сокращению функциональности за счет передачи управления на зональный уровень;

*Потребностью в постепенном наращиванию возможности системы, как в функциональном отношении, так и по числу зон (объектов управления). Создание очередной зоны обычно синхронизируется по времени со строительством или реконструкции крупной магистрали, при этом первоначально зональный центр может работать автономно, выполняя часть основных функций системы.

В состав комплекса технических средств Общегородского центра управления входят:

*Центральный сервер базы данных системы, реализованный на кластере Sun Ultra Е3000 компании Sun Microsystems. Он функционирует под управлением относящейся к семейству Unix опера¬ционной системы (ОС) Sun Solaris и систе¬мы управления базами данных (СУБД) Informix Dynamic Server.

*Серверы приложений, реализующие основные алгоритмы управления (серверы Sun Ultra Е450 с ОС Solaris);

*Рабочие станции персонала системы - компьютеры с архитектурой Wintel (Intel / Microsoft Windows);

*Центральное оборудование подсистемы телевизионного надзора компании Grundig-Plettac;

*Коллективные средства отображения на базе видеостен компании Synelec и телевизионных полиэкранов;

*Сетевое (Ethernet 10/100Base-T) и коммуникационное оборудование.

Кроме того, на площадях Общегородского ЦУ располагается оборудование зонального центра, обслуживающего объекты, находящиеся в пределах Садового Кольца, а также на Ленинградском проспекте, Брестских улицах и Фрунзенской набережной.

Все оборудование общегородского центра размещено в двух залах: в зале вычислительного комплекса и диспетчерском зале. Планировка диспетчерского зала выполнена с учетом разбиения всей территории города на семь зон оперативного управления (секторов):

*центр города в пределах Садового Кольца;

*шесть зон между Садовым Кольцом и МКАД.

Каждая из них оборудована рабочими местами операторов, коллективными средствами отображения информации (полиэкран подсистемы телевизионного надзора за движением и видеостена) и аппаратурой связи. К одной зоне оперативного управления (одному сектору) может относиться несколько зональных центров управления движением. Координация работы операторов зон осуществляется ответственными дежурными по городу, имеющие свои оборудованные соответствующим образом рабочие места.

Конфигурация Зональных центров управления (ЗЦ) является переменной и зависит от возлагаемых на них функций. В большинстве случаев в состав КТС ЗЦ входят:

*Зональный мастер-контроллер на базе высоконадежного (MTBF - 200000 часов) промышленного контроллера Motorola MVME 172, работающего под управлением операционной системы реального времени OS9 компании Microware. В зависимости от конфигурации обеспечивается управление до 144 объектами, удаленными на расстояние до 20 км;

*Рабочее место оператора движения,

*Сетевое и коммуникационное оборудование.

В отдельных ЗЦ также устанавливается оборудование подсистем телевизионного надзора и информирования участников движения. Зональный центр работает, как правило, в автоматическом режиме, диспетчерское управление осуществляется при необходимости.

Зональный центр работает, как правило, в автоматическом режиме, диспетчерское управление осуществляется при необходимости.

В состав КТС периферийного объекта могут входить:

*Системный дорожный контроллер;

*Светофоры, в том числе светодиодные;

*Многополосные детекторы транспорта, измеряющие объем движения, скорость, занятость и состав потока (в настоящее время используются радиолокационные и видеодетекторы, не требующие при установке разрытия дорожного полотна);

*Управляемые и стационарные передающие телевизионные камеры

*Динамические информационные табло;

*Управляемые дорожные знаки и указатели скорости;

*Соответствующая приемо-передающая аппаратура.

Важным компонентом такой территориально-распределенной системы, как система «СТАРТ», являются сети передачи данных.

Для организации обмена информацией между общегородским и зональными центрами используется Московская волоконно-оптическая сеть. Она работает по технологии SDH и зарекомендовала себя в качестве надежной высокоскоростной мультимедийной сети с разветвленной инфраструктурой. По ней осуществляется транспортировка как трафика TCP/IP, так и значительных объемов видеоинформации, поступающей от оборудования подсистемы телевизионного надзора за движением.

Подключение к зональным центрам периферийного оборудования подсистемы светофорного регулирования осуществляется по имеющимся выделенным линиям. При этом обмен данными с имеющимся парком дорожных контроллеров ведется по специализированному синхронному протоколу (информация поступает параллельно по всем каналам со скоростью 100 бит/с). В подсистеме информирования участников движения контроллеры динамических табло (производства французской компании SES) работают через обычные модемы для каналов тональной частоты. Передача телевизионного сигнала от камер в Зональный центр ведется в аналоговом виде по волоконно-оптическим каналам или, при незначительном удалении от ЗЦ, по коаксиальному кабелю

Прикладное программное обеспечение (ПО) включает в себя ряд серверных и клиентских компонент, взаимодействующих между собой как через базу данных, так и напрямую по сети TCP/IP с использованием механизма sockets. Наряду с выполнением основных функций системы ПО позволяет:

*Реализовать координированное управление светофорными объектами по программам координации, рассчитанным с иcпользованием известных математических моделей Transyt-7F Release 9 (University of Florida) и TSIS (ITT Industries);

*Задавать программу координации и специальные режимы управления (желтое мигание, локальный режим, отключение светофоров) на отдельных объектах и в районе в целом по команде оператора;

*Отрабатывать процедуру плавного переходного периода при смене программы координации и при вводе объектов в координацию после завершения специальных режимов;

*Включать и выключать «зеленые улицы» для проезда специального транспорта по запросам с выносных пультов и по команде оператора;

*Отображать в реальном масштабе времени на карте-схеме района режим работы объектов (координированный, диспетчерский, локальный, желтое мигание, отключение светофоров, «зеленая улица», неисправность);

*Отображать в реальном времени на общей карте - схеме степень загруженности улично-дорожной сети и режимы работы объектов;

*Отображать в реальном времени схемы перекрестков с указанием разрешенных и запрещенных направлений движения, а также общую схему организации движения и расстановки технических средств;

*Контролировать состояние периферийного оборудования и каналов связи, осуществлять их расширенную диагностику;

*Формировать различные графики, журналы и отчеты, в том числе для анализа параметров транспортных потоков;

Графический интерфейс пользователя является наглядным и простым в освоении

Расчетные технико-экономические показатели:

*снижение задержек транспорта на 20-25 %;

*уменьшение времени поездки на 10-15 %;

*уменьшение массы выбросов CO, CH, NOx и других вредных веществ на 5-10 %;

*снижение потребления горючего на 5-15 %

Проект системы «СТАРТ» успешно прошел процедуру технического аудита, осуществленную экспертами Всемирного Банка в 1997 г.

Генеральным проектировщиком системы, в том числе и разработчиком ее прикладного ПО, является институт МосгортрансНИИпроект. К созданию отдельных подсистем привлекались различные московские организации: РТСофт (зональные мастер-контроллеры), Терна-СБ (средства телевизионного надзора), Комкор (сети передачи данных), Эльбрус-2000 и Инфосистемы Джет (вычмслительная техника), Делайт-2000 (видеостены), Монтажэлектронсервис (модули передачи данных). Проектирование и строительство системы велось по заказам ГУП «Доринвест», ОАО «Московский комитет по науке и технологиям» и Министерсва траспорта РФ. Оперативное диспетчерское управление движением транспорта и техническую эксплуатацию оборудования системы осуществляет Центр телеавтоматического управления движением транспорта (ЦТАУ ДТ УГИБДД ГУВД г. Москвы).

Для оптимизации процесса управления движением транспорта в отдельном районе крупного города или в небольших городах возможно создание «под ключ» автономно работающих центров в соответствующей усеченной комплектации с возможностью осуществлять впоследствии как их простое наращивание по числу объектов, так и добавление новых функциональных подсистем. На предпроектной стадии предлагается проведение транспортных обследований и последующая разработка комплексной схемы организации движения с проведением имитационного моделирования.

3.2 «Спектр»

Автоматизированная Система Управления Дорожным Движением «Спектр» (АСУДД)предназначена для обеспечения сетевого адаптивного управления дорожными контроллерами светофорной сигнализации с целью оптимизации режимов их работы.

Назначение АСУДД "Спектр":

· адаптивное централизованное и локальное управление транспортными и пешеходными потоками;

· сбор, накопление и обработка статистической информации о транспортных потоках (классификации по типам и интенсивности);

· видеоконтроль и запись выбранного сегмента АСУДД в реальном времени;

· обеспечение приоритетного пропуска общественного транспорта;

· обеспечение участников дорожного движения необходимой информацией

· при помощи табло и специализированных знаков.

Система построена по следующим принципам:

· масштабируемость - количество элементов системы может быть легко увеличено или уменьшено без дополнительных затрат на проектирование ПО центра;

· защита от несанкционированного доступа;

· преемственность - способна объединять старые системы АСУДД как подсистемы;

· резервирование - выход из строя любого периферийного устройства не приводит к потере работоспособности всей cистемы;

· совместимость с другими системами, выполненными в соответствии с известными стандартами;

· использование серийно выпускаемых компонентов.

АСУДД "Спектр" состоит из:

1. центра управления;

2. периферийных устройств;

3. подсистемы связи (ЛВС объединяющая все периферийные устройства и Центр управления).

3.3 АСУДД-Приоритет

АСУДД-Приоритет® предназначен для сбора информации из диспетчерских систем мониторинга и управления пассажирским транспортом, обработки и формирования на ее основе запросов на приоритетный проезд общественного пассажирского транспорта с прогнозным временем прибытия транспортных средств к стоп-линиям светофорных объектов в автоматизированные системы управления дорожным движением (АСУДД).

АСУДД-Приоритет® обеспечивает реализацию своих функций в отношении: муниципальных центров организации дорожного движения (ЦОДД), использующих АСУДД и диспетчерских систем, прогнозирующих прибытие транспортных средств к светофорному объекту с привязкой данных к топологии улично-дорожной сети.

Функциональные возможности АСУДД-Приоритет

· Обеспечение информационного взаимодействия АСУДД с диспетчерскими системами мониторинга и управления пассажирским транспортом для получения данных о движении транспортных средств (ТС), прогнозном времени прибытия каждого ТС на стоп-линию (светофорный объект) и т.д.

· Автоматизированная обработка данных для предоставления приоритетного проезда общественному транспорту на перекрестках, оборудованных светофорными объектами, путем изменения режимов работы сигналов светофора (продление времени горения зеленого сигнала или сокращения времени горения красного сигнала по пути следования ТС)

· Синхронизация времени прогнозной информации с учетом системных времен серверов АСУДД и диспетчерской системы

3.4 АСУДД "КС"

АСУДД "КС" -- это комплексное решение для организации управления дорожным движением в масштабах города или района. Система обеспечивает мониторинг состояния управляющего оборудования и светосигнальной аппаратуры, сбор показаний различных датчиков, а также координированное управление светофорными объектами по годовому графику с учетом сезонных изменений, дней недели и времени суток и диспетчерское управление для проводок транспорта и разгрузки магистралей.

Начиная с 1999 года АСУДД "КС" успешно внедрена и эксплуатируется во многих городах России и Казахстана (Екатеринбург, Казань, Тамбов, Томск, Альметьевск, Нижневартовск, Новоуральск, Караганда, Кокшетау, Петропавловск, Талдыкорган…)

3.5 САУДТ "Мегаполис"

Предлагая системную концепцию МЕГАПОЛИС, фирма «Элсистар» представляет непрерывно развивающийся инструментарий для реализации целостных решений для эффективного, чувствительного к окружающим условиям управления дорожным движением. Устройство системы и методы управления согласованы друг с другом таким образом, что обеспечивается оптимальное системное единство для данных, связи и проектирования - многочисленные модули образуют единое работающее целое.

МЕГАПОЛИС, обладая всеми преимуществами интегрированной системы, может легко сочетаться с другими устройствами и системами. Стандартизованные интерфейсы (такие как TCP/IP) связывают распределенные центральные и периферийные компоненты между собой, образуя интегрированные системы управления дорожного движения. Основанные на Интернет - технологии, они дают возможность построить сетевое решение, охватывающее дороги и центры управления.

4. Оценка рынка АСУДД и основные тенденции

В России наиболее развитые системы ИТС/АСУДД внедрены в Москве и Санкт-Петербурге. Это связано, в первую очередь, с особым статусом этих городов федерального значения, с острой необходимостью решения проблемы перегрузки автодорожной инфраструктуры и снижения числа ДТП.

Так, по данным ГКУ ЦОДД, в настоящее время в составе ИТС города Москвы функционирует:

· более 2 тыс. светофорных объектов,

· более 2 тыс. видеокамер телеобзора,

· более 6 тыс. детекторов мониторинга условий дорожного движения,

· 700 км волоконно-оптических линий связи,

· транспортная модель (80 тыс. зданий и сооружений, более 45 тыс. торговых объектов, 4600 остановок общественного транспорта, 190 тыс. развязок и перекрестков, 1,2 млн поворотов по направлениям и т.д.),

· 157 табло отображения информации,

· 805 комплексов фотовидеофиксации нарушений ПДД,

· контролируется более 100 тысяч парковочных мест.

Одной из основных тенденций в области ИТС/АСУДД является постепенный переход от зарубежного программного обеспечения и периферийного оборудования - к отечественному (импортозамещение).

В частности, с 2014 г. «Автодорцентр» (один из основных партнеров строительного комплекса Москвы в сфере строительства АСУДД) разрабатывает собственное программное обеспечение и параллельно ищет замену импортных элементов - видеокамер, детекторов, светофоров, контроллеров - на отечественные. Для этого компания работает напрямую с производителями этого оборудования.

В Санкт-Петербурге импортозамещение в области ИТС/АСУДД происходит в области замены отдельных элементов зарубежного производства - дорожных контроллеров, детекторов транспорта и промышленных коммутаторов, а также отдельного ПО (например, модели графа улично-дорожной сети) - на продукты российских разработчиков. В целом доля российской системы «Спектр» по количеству подключенных к этой системе светофорных объектов в мае 2016 г. составляла 87%.

Как было отмечено выше, одной из основных тенденций последних лет становится замещение продукции иностранного производства и рост доли отечественных систем. Например, география использования продукции «РИПАС СПБ» включает такие города как Санкт-Петербург (основной рынок сбыта), Москва, Тверь, Ярославль, Краснодар, Сочи, Пермь и другие города. Системы, созданные на базе АСУДД «Микро» (ЗАО «Автоматика-Д»), работают в 6 городах России, в 5 из которых в качестве периферийного оборудования АСУДД используются контроллеры производства ООО «Комсигнал». Всего компания «Комсигнал» реализовала в России 12 действующих систем. Другим достаточно крупным поставщиком является также компания «Элсистар» (АСУДД «Мегаполис»). Среди компаний-поставщиков с постсоветского пространства стоит упомянуть украинскую «Система Сервис» (АСУДД «КОМКОН»).

5. Анализ структуры комплекса управления дорожным движением

С точки зрения архитектуры АСУДД представляют собой системы, построенные по технологии "клиент-сервер".

В качестве клиентов выступают:

· контроллеры светофорных постов, осуществляющие непосредственное управление периферийными устройствами (светофоры, детекторы, шлагбаумы и т.д.);

· рабочие места операторов, обеспечивающие реализацию функций по визуализации состояния системы, а также по формированию и исполнению различных команд системе;

· различные программы мониторинга транспортных потоков;

· программы статистического анализа и модули сетевого адаптивного управления;

· внешние по отношению к АСУДДсистемы, являющиеся источниками дополнительной информации или потребителями данных;

Серверная часть системы включает в себя сервера различного назначения:

· Сервер Баз Данных (БД) - отвечает за хранение накопленных данных и предоставлении их различным клиентам;

· Сервер приложений - отвечает хранение, распространение и функционирование различных программ и модулей, реализующих специфические функции(передача информациимежду клиентами, преобразование протоколов, формирование списков, ведение журналов событий системы, протоколирование операций и т.д.);

· Сервер общего назначения - отвечает за выполнение общесистемных и сервисныхфункций, не связанных со спецификой АСУДД(сервер домена сети, сервер точного времени, WEB-сервер и т.д.)

Для связи между компонентами системы используются различные каналы передачи данных (радиоканалы, оптические линии, xDSL, GSM/GPRS и др.). Система передачи данных (СПД) строится, исходя из условий установки оборудования и требований к пропускной способности.

Схема построения АСУДД на примере АСУДД "Спектр" показана на рисунке 1

Состав:

1. центр управления;

2. периферийные устройства;

3. подсистемы связи (ЛВС объединяющая все периферийные устройства и Центр управления).

Рисунок 1 - Схема построения АСУДД

Дорожный контроллер выполняет следующие функции:

· локальное адаптивное управление;

· взаимодействие с маршрутизируемыми сетями;

· взаимодействие со специализированными сетями управления дорожным движением;

· адаптивное управление в рамках, определяемых Центром управления;

· управление фазовыми переходами светофорных сигналов, а также непосредственное управление сигнальными группами (направлениями движения) от Центра управления;

· передача Центру управления данных от детекторов транспорта;

· исполнение сигнальных программ, переданных Центромуправления;

· синхронизация даты и времени с источником Центра управления АСУДД.

Центр управления необходим для:

· централизованного адаптивного управления светофорными объектами;

· централизованного управления информационными табло, дорожными знаками и т.д.;

· мониторинга элементов сети с целью поддержания ее целостности;

· настройки сети;

· накопления и обработки данных при помощи системы управления базами данных (СУБД);

· визуализации данных;

· ведения базы данных алгоритмов управления.

Заключение

В ходе производственной (научно-исследовательской) практики были выполнены следующие задачи:

? обоснована актуальность выбранной темы;

? определенны цели интеллектуальных транспортных систем;

? проведен обзор существующих зарубежных ИТС;

? проведен обзор существующих отечественных ИТС;

? проведен анализ рынка АСУДД и сформулировать основные тенденции рынка;

? проанализировать структуру комплекса управления дорожным движением;

В результате прохождения практики была поставлены:

Тема диссертации: Исследование информационной безопасности программно-аппаратного инфокоммуникационного комплекса управления дорожным движением

Цель диссертации: Повышение уровня защищенности программно-аппаратного инфокоммуникационного комплекса управления дорожным движением за счет исследования информационной безопасности и поиска слабых мест.

Задачи диссертации:

1. Обосновать актуальность разрабатываемой методики.

1. Определить цели интеллектуальных транспортных систем;

2. Провести анализ рынка АСУДД и сформулировать основные тенденции рынка;

3. Проанализировать структуру комплекса управления дорожным движением;

4. Исследовать современные методы защиты информации, используемые в инфокоммуникационных комплексах управления дорожным движением;

5. Разработать программный модуль защиты информации;

6. Разработать методику оценки информационной безопасности инфокоммуникационного комплекса управления дорожным движением

Список используемых источников

1. "Разбор архитектуры автоматизированной системы управления дорожным движением из стандарта U.S. DoT ITS."

2. "Архитектура интеллектуальных транспортных систем на примере U.S. DoT ITS."

3. "Автоматизация автомобильных дорог глазами айтишника."