WWW.INFO.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Интернет документы
 


«Часть 1: с древности до Нового времени Как определить правильный путь следования? Современный человек XXI в. едва ли может себе ...»

ПО ИСТОРИЧЕСКОМУ ПУТИ ТРАНСПОРТНЫХ ПРИНЦИПОВ К СМАРТ-МОБИЛЬНОСТИ.

Часть 1: с древности до Нового времени

Как определить правильный путь следования? Современный человек XXI в. едва ли может себе представить, насколько сложным был ответ на этот вопрос для наших предшественников. А ведь именно с него зародилась транспортная наука. Как раньше люди ориентировались в пространстве, каким образом технический прогресс дошёл до создания гражданских навигаторов и GPS систем? Чтобы это понять, необходимо обратиться к истории.

Люди вплоть до V в. до н. э ориентировались только по звездам, географическим объектам, природным особенностям и рельефу местности.

Прообразы современной транспортной географии, картографии, ориентирования, навигации осуществлялись в границах принципа, известного в транспортной науке, как основной принцип выбора пути, который гласил, что выбирается тот путь следования, который соединяет место отправления с местом назначения.

В соответствии с данным принципом прокладывались пути к источникам пищи, жилищам и оккультным местам; происходило единение с местностью обитания, шел процесс расширения ареала «человека разумного».

Для помощи в распознавании особенностей ландшафта в 16500 г. до н. э. люди создавали наскальные изображения. Самые известные примеры — это рисунки с созвездиями Летнего треугольника и Плеяды в пещерах Ласко и наброски созвездия Северной Короны на стенах пещеры Эль-Кастильо в Испании.

Сохранять накопленные знания о дорогах и местности стало возможным с появлением клинописи и примитивных карт. Поистине карту можно смело назвать «первым чудом света» в транспортной науке.

Первые карты появились на территории современной Турции в виде наскальных рисунков неолитического поселения Чатал-Хююк и глиняных табличек поселения Киркук на территории современного Ирана в конце 7 тысячелетия до н. э. в эпоху неолита.

Так, с появлением карт основной принцип выбора пути обретает малозаметные материальные очертания, но давайте посмотрим, куда он нас приведет.

С возникновением первых цивилизаций на территории Египта, Средиземноморья, Китая, Месопотамии, с развитием земледелия и ремесленного труда транспортная проблема организации торговых отношений становится ключевой. Начинается прокладка торговых путей между Египтом, Сирией и Месопотамией (дорога Хора), Дамаском и Персией (Царская дорога), Аравийским полуостровом, странами Афиканского Рога и Средиземноморья (Ладанный путь), Центрального, Южного и Восточного Казахстана, Алтая, севера Средней Азии и Северной Европы (Оловянный путь), Древнего Рима с Индией (Индо-римские дороги).

Развитие и разрастание сухопутных и морских путей предопределило рождение второго великого изобретения для транспортной науки– Компаса.

Первый компас изобрели в Китае в III в. до н. э. во времена правления династии Сун. Его описание дошло до нас благодаря работам китайского философа Хэнь Фэй-цзы. Назывался этот прибор сынань, что в переводе означает «ведающий югом», и использовался он для указания направления движения по пустыням Центральной Азии.

Вы спросите: «Какие пустыни в центральной Азии?» Я Вам отвечу: «Такла-Макан в Таримской впадине, Алашань в Северном Китае, пески Кузупчи в Ордосе, Гобби между горами Монгольского Алтая и Хангая, Восточного Тянь-Шаня, Алтынтагом, Бэйшанем и Иньшанем».

В Европу компас пришел от арабов в XII—XIII вв. и именно там получил современные очертания. Теперь основной принцип выбора пути стали применять не только на «суше», но и на «море».

А тем временем, в период с V- XVII вв. транспортные артерии простирались все дальше. Великий Шелковый путь связал Восточную Азию со Средиземноморьем; торговые маршруты Радхонитов — исламский Восток с Индией, Китаем и Западной Европой; Волжский торговый путь соединил Скандинавию с Халифатом, Путь «из варяг в греки» — города Восточной Европы с Византией, торговые пути Ганзы объединили торговые маршруты между городами северо-западной Европы, Сибирский тракт соединил европейскую часть России через Сибирь с границами Китая; Транссахарские караванные пути охватили большую часть Западной и Северной Африки, обеспечивая возможность ведения торговли между Карфагеном и Римом. Великий колёсный путь прокладывают в Южной Азии между Бангладешом, Калькуттой, Бенаресом, Дели, Лахордом, Пешаваром и Кабулом. Морские пути Манильских галеонов, связывают Филиппины с Мексикой.

Морские пути Треугольной торговли связали Африку, Америку и Европу через Гвинейский залив и Атлантику. Чайные морские пути соединили порты Китая и Англии.

Так, из разрозненных дорог сформировались континентальные и морские торговые пути, которые спустя три века уступили место Панъевропейским, Евразийским, Азиатским и Трансатлантическим транспортным коридорам. Но не будем забегать слишком далеко... Вернемся на несколько веков назад.

Эволюция компаса между тем продолжалась. В начале XIV в. магнитную стрелку поместили в бумажный круг, который итальянец Флавио Джулио решил разделить на 16 частей. Позже круг поделили на 32 части. Позже компас удалось усовершенствовать – он был преобразован в гироскоп благодаря французскому и датскому ученым – Жану Бернару Фуко и Мариусу Герардус ван ден Босу в 1885 г. В 1908 г. гироскоп запатентовал немец Герман Аншютц-Кем-пфе. Теперь любой городской житель с картой и компасом без труда мог совершить кругосветное путешествие. Но постоянно отмечать и отслеживать на карте свое местоположение, согласитесь, не совсем удобно. Этот факт был подмечен английскими инженерами, поэтому в 1920 г. появился первый персональный ручной "навигатор" Plus Fours Routefinder.

По форме он был похож на ручные часы. Но вместо циферблата между двумя деревянными рукоятками в эту область помещалась свёрнутая бумажная карта. В комплекте с навигатором прилагался набор карт. Такое устройство, используемое вместе с компасом, помогало ориентироваться путешественникам и торговцам по сети Европейских дорог.

Вот так незаметно мы подошли к XIX в.– веку механических машин, веку великой индустриальной революции, когда транспорт стал локомотивом нового времени, а «двигатели» — его сердцем.

Первый паровой двигатель, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу, для горнодобывающих мануфактур создал в 1690 г. французский ученый Дени Папен, ученик Лейбница в немецком городе Марбурге.

По такому же принципу в 1705 г. английские механики Томас Севери и Томас Ньюкомен изобрели вакуумные паровые машины, а в 1782 г.

шотландский инженер Джеймс Уатт – универсальную паровую машину двойного действия с возвратно-поступательным движением поршня, на основе принципов работы которой французский механик Этьен Ленуар в 1860 г. создал первый двухтактный газовый двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В 1863 г. немецкий конструктор Николаус Аугуст Отто сконструировал двухтактный, а позднее и четырехтактный атмосферный ДВС. В 1885 г. немецкие инженеры Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах доработали конструкцию ДВС и изобрели лёгкий бензиновый карбюраторный двигатель, который позже был использован для создания первого мотоцикла, а в 1886 г. – и первого автомобиля. Двумя годами позже, в Германии и во Франции по лицензии Карла Бенца, на мощностях компании Benz & Cie было запущено массовое производство колесных машин. В 1899 г. французский инженер Луи Рено основывает свою компанию Renault и начинает производить автомобили Voiturette (корзина) с трехскоростной коробкой передач.

К концу XIX в. машины постепенно становятся основным средством передвижения. ХХ в. открыл новую страницу в истории развития транспортной индустрии — этой эпохе будет посвящена наша следующая статья.

ПО ИСТОРИЧЕСКОМУ ПУТИ ТРАНСПОРТНЫХ ПРИНЦИПОВ К СМАРТ-МОБИЛЬНОСТИ

Часть 2: XX в. и переход к смарт-мобильности

В первое десятилетие XX в. западные производители начинают выпускать автомобили совершенно различных технологий. Паровые, электрические и бензиновые автомобили конкурировали друг с другом, пока наконец бензиновые двигатели внутреннего сгорания не стали преобладать.

Примерно с 1910-х гг. началась «эра» бензиновых автомобилей. Уже к концу 1930-х в мире насчитывалось свыше 20 млн. легковых автомобилей, а к середине 1980-х их число перевалило за отметку 350 млн.

Для разрешения дорожных конфликтов с участием автомобилей началась разработка дорожных знаков, указателей, первых светосигнальных устройств и светофоров, из которых впоследствии сформировались системы организации дорожного движения. Параллельно был запущен процесс приборного совершенствования автомобилей и навигационных систем.

Первый автомобильный механический навигатор Inter Avto был создан итальянскими конструкторами в 1930 г. Аппарат устанавливался на приборной панели водителем. Принцип работы этого устройства напоминал наручный навигатор Plus Fours Routefinder. Во время движения автомобиля карта навигатора перематывалась с одного рулона на другой, показывая на экране текущее положение автомобиля. В движение она приводилась тросиком, аналогичным используемому в современных механических спидометрах, а скорость прокручивания карты была пропорциональна скорости движения автомобиля. Еще один прототип современного навигатора со схожим принципом работы в 1955 г. использовал штурман Денис Саргент Дженкинсон и автогонщик Стирлинг Мосс на прототипе Mercedes 300 SLR во время итальянского ралли Mille Miglia (Тысяча миль). Навигационный прибор помог английскому экипажу выиграть гонку.

В 1981 г. компания Honda при участии Alpine и Stanley Electric вывела на рынок первую в мире автомобильную механическую навигационную систему Electro Gyrocator. Навигатор Electro Gyrocator весил 9 кг и в качестве опции устанавливался только на Honda Accord второго поколения, начиная с августа 1981 г. Оборудование оказалось неимоверно дорогим — его стоимость составляла почти четверть от стоимости автомобиля.

К началу 1950-х автомобиль стал уже обыденным для современного человека, а насущные транспортные проблемы стали объектом исследований для многих научных коллективов во всем мире. С развитием электронно-вычислительных средств обработки информации анализ транспортных потоков стал осуществляться при помощи математического моделирования, теории игр и теории принятия решений. Именно в это время математик Джон Глен Вардроп, представитель английской научной транспортной школы, и его коллега Джон Генри Константин Вайтхед в работе «Корреспонденции. Некоторые теоретические аспекты исследования дорожного движения» сформулировали свои знаменитые поведенческие принципы пользователей транспортной сети, название которым — первый и второй принцип Вардропа.

Первый принцип Вардропа гласит, что пользователи транспортной сети независимо друг от друга выбирают маршруты следования, соответствующие их минимальным транспортным расходам.

Второй принцип Вардропа описывает следующую закономерность: пользователи сети выбирают маршруты следования, исходя из минимизации общих транспортных расходов в сети.

Таким образом, основной принцип выбора пути в середине ХХ в. уступил место принципам Вардропа.

В чем суть этих принципов? Для определения объемов загрузки улично-дорожной сети, в первую очередь, необходимо выявить правила, по которым водители выбирают тот или иной маршрут следования, а принципы Вардропа как раз и выступают в качестве этих правил.

Распределение транспортных потоков согласно первому принципу Вардропа соответствует конкурентному бескоалиционному равновесию, предполагающему совершенный эгоизм участников дорожного движения: каждый водитель стремится достигнуть конечного пункта своей поездки как можно быстрее и из имеющихся возможных вариантов следования выбирает тот маршрут, по которому будет нести минимальные транспортные затраты.

Именно поэтому данный принцип также называют оптимизацией пользователей.

Второй принцип Вардропа предполагает централизованное управление движением в сети. Соответствующее ему распределение транспортных потоков называют системным оптимумом. Примером участников движения, передвигающихся согласно второму принципу, служат водители, следующие по определенному маршруту.

Данные принципы имели решающее значение в развитии транспортных систем и технологий. В соответствии с принципом «совершенного эгоизма» участников дорожного движения зарождалась современная автомобильная навигационная индустрия. Механические навигаторы уходят в прошлое, уступая место спутниковым навигационным системам позиционирования. Давайте проследим и их путь развития.

Глобальная система позиционирования (GPS) родилась благодаря советским учёным, которые 4 октября 1947 г. вывели на орбиту первый искусственный спутник Земли.

Научная группа Ричарда Кершнера, отслеживая траекторию полета спутника, установила зависимость частоты радиосигналов от его координат и параметров движения. Благодаря этим исследованиям стал возможен запуск первой системы GPS-навигации, реализация которой была осуществлена в 1958 г. в рамках проекта «TRANSIT». А в 1960 г. американские спутники на орбите Земли образовали первую систему мониторинга и определения координат объектов, перемещающихся по земной поверхности, — Навстар.

Изначально система навигации GPS использовалась для высокоточного определения местоположения объектов в космосе, на суше и на море в интересах армии США. И только 16 сентября 1983 г. президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы глобального позиционирования «Навстар» для гражданских целей. С этого момента начался «бум» на рынке гражданских навигаторов.

С конца 1980-х создавались мировые концерны, например, Garmin и Tom Tom; MiO Technology, Benefon были основаны в XXI в. Благодаря этим предприятиям развернулось производство по выпуску персональных навигаторов.

В 1990 г компания Мазда вывела первую в мире модель Eunos Cosmo со встроенной GPS-навигационной системой. Позже автомобильная навигация вошла в стандартный пакет многих современных автомобилей, а фундаментальная транспортная наука обзавелась новым измерительным прибором.

За «бумом» на рынке навигационных систем последовал «бум» на рынке систем сотовой связи и интернет-технологий. Крупнейшие игроки Motorola, Benefon, Siemens, Nokia, Ericsson, Sony развернули производственные линии по выпуску мобильных телефонов, IBM — персональных компьютеров, а Европейский совет по ядерным исследованиям и Национальный научный фонд США создали каркас сети Интернет, еще не понимая, что именно они через какой-то десяток лет преобразуют всю мировую коммуникационную среду.Под влиянием новых технологий продолжалось развитие и транспортной науки, следующий этап которой ознаменовался созданием интеллектуальных транспортных систем (ИТС). С начала 1990-х гг. пять министерств Японии, объединенных в Штаб под главенством Премьер-министра Рютаро Хасимото, совместно с учёными решили разрабатывать «Комплексный план развития ИТС в Японии». В 1991 г. Конгресс США утвердил закон ISTEA (Intermodal Surface Transportation Efficiency Act) о принятии Федеральной программы развития интеллектуальных транспортных систем, разработанной Минтрансом США.

Cледом Европейский Союз в 2006 г. принял политический документ «Европа в движении. Устойчивая мобильность для нашего континента», в котором концепция развития ИТС также выдвигалась на первый план. В

Российской Федерации концепция развития ИТС была утверждена Правительством в 2008 г.

С 2000 г. начали формироваться концепции Европейской, Американской, Японской, Китайской и Российской архитектур ИТС.

Параллельно с развитием архитектуры ИТС с 2002 г. по настоящее время идет разработка радиочастотных стандартов коммуникационного взаимодействия Vehicle-to-everything (V2X), включающую: V2I (Vehicle-to-Infrastructure), V2V (Vehicle-to-vehicle), V2P (Vehicle-to-Pedestrian), V2D (Vehicle-to-device) and V2G (Vehicle-to-grid).

В 2008 г. компания IBM анонсировала проект Smarter City, а с 2010 г. идёт активное развитие концепции межмашинного взаимодействия (Machine-to-Machine, M2M) и интернет-вещей (Internet of Things, IoT). В чём же заключается их специфика? Они являются теоретическим и практическим основанием феномена смарт-мобильности, который мы рассмотрим подробно в следующей части цикла.

В предыдущих статьях мы достаточно подробно рассмотрели путь становления современной транспортной системы. Начало XXI в. можно охарактеризовать как эпоху перехода к смарт-мобильности. Что же означает этот термин?

В России одними из первых работ в области смарт-сити, сочетающими в себе V2X и IoT технологии, можно назвать работы, посвященные классификации межобъектных отношений в городе и системе ГАТЛОСЭМИ (Городской анализатор транспортно-логистической и социально-экономической мобильности интеллектуальный).

На практике идет активное внедрение централизованных (SCOOT, BALANCE, MOTION, SCATS, ITACA) и децентрализованных (UTOPIA, ROSE) адаптивных систем управления дорожным движением, в которых, к сожалению, управление транспортными потоками еще сводится только к управлению циклами светофорного регулирования. Прокладка же маршрутов следования осуществляется водителями с использованием он-лайн навигационных систем (Яндекс, Google, Navitel, Garmin и др). Пользователь транспортной сети в состоянии проложить маршрут без пробок.

Управление дорожным движением осуществляется по двухуровневой распределенной модели: автоматизированная система управления дорожным движением управляет циклами светофорного регулирования, а навигационная система - прокладкой маршрута следования. Этот факт заметили представители Санкт-Петербургской научной транспортной школы Института проблем транспорта им. Н.С. Соломенко РАН Я.А. Селиверстов и С.А. Селиверстов. Исследуя транспортное поведение населения Санкт-Петербурга с 2014 г., они решили расширить поведенческие принципы Вардропа (см. 2-ю часть цикла). Новые принципы называются целевыми ориентирами пользователей и целевыми ориентирами транспортной сети. Первый принцип Вардропа дополняется принципом безопасного следования, а второй принцип Вардропа — принципом надежного функционирования транспортной сети.

Принцип безопасного следования. Продвижение пользователя по пути с минимальными транспортными расходами осуществляется в динамической области безопасной транспортной мобильности. Динамическая область безопасной транспортной мобильности - область движения, выбираемая пользователем самостоятельно, исходя из имеющейся у него информации об участниках процесса транспортной мобильности, правилах дорожного движения и состоянии транспортной инфраструктуры.

Принцип надежного функционирования транспортной сети. Транспортная сеть в процессе движения пользователей должна функционировать в области допустимой надежности. Область допустимой надежности транспортной сети - область предельно допустимых значений параметров объектов транспортной сети, отклонение от которых ведет к нарушению процесса транспортной мобильности.

Целевые ориентиры пользователей и целевые ориентиры транспортной сети показывают необходимость скорейшей информатизации городской транспортной системы.

В границах целевых ориентиров пользователей и целевых ориентиров транспортной сети уже возможен процесс доступа к оперативной информации о состоянии транспортной инфраструктуры, транспортным средствам, рекомендуемой скорости движения, дорожным знакам, потенциально-опасным пользователям транспортной сети и правилам дорожного движения. Так водитель транспортного средства или пассажир может выбирать маршрут не только наименее затратный по времени или стоимости, но и проложить путь безопасного для него следования.

Таким образом, совершен еще один шаг на пути к интеллектуализации транспортной системы. Но этого еще не достаточно.

Поэтому в 2015 г. тот же научный коллектив доказал, что необходим переход к управлению социальными элементами на принципах машинного управления и сформулировал "условия достоверной мобильности". Они позволяют осуществить переход к интеллектуальному управлению транспортной системой на принципах максимизации функции субъективной полезности пользователей транспортной сети.

Осенью 2016 г. в рамках работы "Построение модели интеллектуального управления городскими транспортными потоками" представители Института проблем транспорта им. Н.С. Соломенко РАН Я.А. Селиверстов и С.А. Селиверстов сформулировали принцип субъективного предпочтительного следования: пользователь транспортной сети выбирает предпочтительный путь следования, а продвижение пользователя по пути предпочтительного следования осуществляется в динамической области предпочтительного следования.

Эти принципы смело можно назвать принципами умной мобильности (Smart mobility).

Что же скрывается под этими новыми терминами?

Путь предпочтительного следования пользователя — это маршрут, пролегающий в области предпочтительного следования.

Область предпочтительного следования — это пространственно-ограниченная область движения объекта, в которой характеристики входящих в нее объектов удовлетворяют персональным предпочтениям пользователя.

Разметка динамической области предпочтительного следования ложится в развивающийся базис технологий дополненной реальности (Arugmented reality) посредством мобильных интерфейсов Google Sky Map, Wikitude, Zappar или устройств типа Google Glass и Microsoft HoloLens.

Теперь дорогу к интеллектуальному управлению транспортной системой и интеллектуализации городской среды можно считать открытой.

Только представьте, теперь вы сможете выбирать маршрут, исходя из персональных предпочтений: заходить только в тот автобус, в котором есть сидячие места; если не хотите заболеть гриппом — выбираете ту дорогу, на которой вам не встретятся люди с этим заболеванием; хотите поговорить с ученым или инженером на интересующую вас тему, просто подходите к нему, не боясь, что ошибетесь, и начинаете общаться; проходя мимо бизнес-центра, вы можете узнать о том, какие компании в нем расположены, и какие специалисты им требуется….

Смарт-мобильность и открытая информация преобразуют привычный для нас мир и общество. Они позволят создать новый мир с удобной средой. А транспортная наука, как и прежде, будет двигаться вперед, открывая всё новые технологические горизонты…

Похожие работы:

«Бриф на разработку адаптивного сайта-визитки студии "WEB2" Важно! Для определения целей, стоящих перед будущим сайтом, необходимо заполнить анкету максимально подробно. Это поможет нам увидеть точную картину проекта...»

«Инструкция для члена ГЭК Контроль технической готовности ППЭ (за день до экзамена)Совместно с руководителем ППЭ и техническим специалистом член ГЭК должен провести контроль те...»

«Строительство логистических центров в Кыргызской Республике, в г.Ош и в г. Бишкек Цель:  развитие торговых потоков путем создания необходимой транспортной, складской, терминальной инфраструктуры, системы сопутствующих услуг (таможенных, страховых, информационное сопровожден...»

«Министерство образования и науки Красноярского края КГКСУ "Центр оценки качества образования"ИТОГОВАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ОКРУЖАЮЩИЙ МИР ВАРИАНТ 1 Фамилия, имя учени _ 4 класса _ в родительном падеже школы (гимназии, лицея) № _ города (села, посёлка) района _ На каком из рисунков изображён герб Российской Федерации...»

«Содержание: Пояснительная записка..3 Учебно-тематический план..8 Содержание..9 Методическое обеспечение..11 Список литературы, используемый при написании программы.14 Приложение №1..15ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА. Данная программа имеет техническую направленность. Программа является модифицированной на базе программ...»

«Постановление Правительства Республики Казахстан от 19 августа 2010 года № 824 Об утверждении Правил освобождения от налога на добавленную стоимость импорта товаров в таможенном союзе и внесении изменений и дополнений в постановления Правительства Республики Казахстан от 23 декабря 2008 года №...»

«Информация об особенностях составления квартальной бухгалтерской (бюджетной) отчетности государственных бюджетных и автономных учреждений в 2016 году Бухгалтерская отчетность представляется в сроки, установленные письмом Департамента бухгалтерского учета от 07.12.2015 г....»

«-6334739371–3 сентября 2015 года в городе Новосибирске состоялась Выставка-ярмарка "Сибирская книга" – главное событие осенних сезонов Программы Общероссийского Года литературы в Новосибирской области. Площадкой проведения мероприятий стала Государственная публичная н...»

«Кисловодский гуманитарно-технический институт Кафедра Бухгалтерского учета, анализа и аудита учет, анализ и аудит внешнеэкономической деятельности Учебно-методический комплекс дисциплины Специальность: 08...»








 
2018 www.info.z-pdf.ru - «Библиотека бесплатных материалов - интернет документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.