ВЫБОР БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ ПОДСИСТЕМЫ МЕТЕОМОНИТОРИНГА

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня практически любая информационная система неразрывно связана с базой данных. База данных — это упорядоченный набор структурированной информации или данных, которые обычно хранятся в электронном виде в компьютерной системе. База данных обычно управляется системой управления базами данных (СУБД). [1]

Быстрая и точная обработка данных играет важную роль в работе многих информационных систем, в том числе и в подсистеме метеомониторинга интеллектуальных транспортных систем (ИТС). Под ИТС подразумевается интеллектуальная система, в основе которой лежат инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков, задачами которой является предоставление конечным потребителям высокую информативность и безопасность дорожного движения. [2]

Актуальность этой темы состоит в том, что правительство Российской Федерации одним из главных направлений своего развития считает ИТС в автодорожную отрасль страны. Автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД) в настоящий момент уже действует в Москве, Санкт-Петербурге и начинает внедряться в другие крупные города и регионы. [3] На данном этапе она включает в себя следующие подсистемы (Рисунок 1).

 

Рис. 1. Автоматизированная система управления дорожным движением

 

В 2024 году правительством РФ было решено выделить регионам 3,15 млрд. рублей на внедрение ИТС на их территориях. [4] Эта часть проекта «Безопасные качественные дороги» посвящена модернизации всей автодорожной отрасли. Одна из главных ее задач состоит в цифровизации: цифровое моделирование дорожной системы, то есть упрощенное автоматизированное управление. Большую часть бюджета собираются израсходовать на все этапы жизненного цикла дорог: от принятия решения об их создании до вывода из эксплуатации.

Одним из этапов данной программы является разработка подсистемы метеомониторинга, неотъемлемой частью которой является АДМС.

Автоматическая дорожно-метеорологическая система (АДМС) – это техническое периферийное устройство ПММ интеллектуальной транспортной системы, в состав оборудования которого входит контроллер (центральный блок управления) с набором метеорологических и дорожных датчиков,  со средствами передачи данных и устройств энергообеспечения, с помощью которых происходит сбор, обработка и передача метеорологических и дорожных данных (в зависимости от запроса конечных потребителей) с конкретного участка дороги, где установлена АДМС. В зависимости от вида (виртуальные, стационарные, мобильные), АДМС могут иметь другие виды оборудования.

На настоящий момент уже на многих федеральных трассах работает более тысячи АДМС. Но Россия, ориентируясь на опыт других стран, принимает решения об улучшении функционала и применении наиболее современных информационно-технологических средств, входящих в состав ИТС в целях ее совершенствования. Поэтому в этом, 2024, году появился новый ГОСТ Р 71094—2024 «Интеллектуальные транспортные системы. Подсистема метеомониторинга. Общие требования», в котором были впервые сформулированы требования к подсистеме метеомониторинга, состоящие из АДМС и являющиеся частью ИТС. Также в нем были определены требования к архитектуре построения ПММ, алгоритмам хранения и анализа данных. [5] Чтобы понять архитектуру построения базы данных для ПММ, необходимо проанализировать эти требования и начинать надо с этапов взаимодействия ее с другими подсистемами ИТС.

Одним из главных условий существования подсистемы метеомониторинга является ее взаимодействие с ИТС, то есть наличие интеграционной платформы, через которую АДМС интегрирует данные о состоянии дорожного полотна и дорожных погодных условий в центр управления дорожным движением ИТС, диспетчерские пункты, эксплуатационно-дорожное хозяйство, ВИС, и коммерческим организациям, которым необходимы эти сведения.

При исследовании этой темы были выявлены следующие направления и режимы потоков данных, зависящих от архитектуры ИТС.

Во-первых, необходимо определить уровень интеграционной платформы, которая зависит от количества населения, проживающего в этой агломерации. В зависимости от ее уровня устанавливается выбор режима передачи данных.

На интеграционной платформе первого уровня, которая используется при количестве населения менее 300 тысяч человек, необходимый интервал передачи метеорологических и дорожных данных должен быть в летний период не реже раза в 30 минут, а в зимний – не реже раза в 20 минут.

На интеграционных платформах второго и третьего уровней, которые должны применяться при количестве населения более 300 тысяч человек, происходит автоматизированное управление дорожным движением, поэтому необходима передача данных в режиме реального времени.

Также на архитектуру БД влияет наполнение интеграционной платформы ИТС, которые зависят от количества и видов подсистем и модулей, входящих в нее. То есть, каким конечным пользователям должны передаваться данные о дорожных метеоусловиях (Рисунок 2).

Рис. 2. Обобщенная физическая архитектура ИТС

 

Следовательно, выходные данные АДМС зависят от места расположения на конкретном дорожном участке.

Поэтому для создания базы данных целесообразно понимание, какое количество АДМС будет входить в сеть автоматических дорожных метеостанций. Для этого необходимо выполнить следующие работы.

Начинать надо с определения уровня технологического развития интеграционной платформы ИТС, для которой планируется установка сети АДМС (прямая зависимость от численности населения). [6]

Далее определяется категория и назначение дороги (Таблица 1), и в зависимости от них определяется шаг для установки автоматической дорожной метеостанции (так, например, для третьей категории федеральных дорог шаг составляет не более 15 км).

Талица 1.

Требования к шагу для установки сети АДМС

Категория/назначение дороги	Шаг установки для сети АДМС
I,II федерального назначения	Не более 10 км
III федерального назначения	Не более 15 км
Общего регионального и межмуниципального назначения	Не более 30 км

 

Не менее значимым для определения местоположения АДМС является наличие наиболее опасных мест, подверженных образованиям метеоявлениям погоды таких, как гололедица, туман и прочие. К ним относятся: мосты, рокады, эстакады, транспортные развязки, леса, водоемы.

Следующим этапом будет нанесение на карту опасных участков дороги и сопоставление их с максимально разрешенным шагом установки АДМС.

Для корректной и бесперебойной работы АДМС необходимо наличие обеспечение системами связи и электроснабжением. А также возможность удобного обслуживания оборудования. Это будет завершающим этапом планирования локализации сети АДМС.

Также в новом ГОСТе были определены требования к выходной информации, которая должна поступать от подсистемы метеомониторинга. В ее состав должны входить:

1. Отфильтрованные обработанные данные с информацией о метеорологических условиях и состоянии дорожного полотна, которые поступают от датчиков АДМС и установленных на них видеокамер.

2. Пакет данных с обработанными данными передается в Центр управления дорожным движением, а также другим подсистемам ИТС, коммерческим организациям, с которыми заключен договор.

3. Пакет данных Производственно-технического-предупреждения (ПТП - это специальный расчет прогнозируемого состояния дорожного покрытия, производимый программным обеспечением ПММ на основании данных, полученных с АДМС) передается в диспетчерские дорожно-эксплуатационного хозяйства. И предоставляется на основе обработанных данных не менее, чем на четыре часа вперед.

4. Пакет данных прогноза общего назначения, поступивший в диспетчерский пункт ПММ от Росгидрометцентра и других метеорологических компаний, с которыми заключены договора, хранится в ПММ и передается в пункты диспетчеризации управления дорожным хозяйством. Такие пакеты данных передаются на 48 часов вперед.

Процесс движения данных внутри ПММ начинается с центрального блока, который осуществляет сбор данных с метеорологических датчиков и передает их в специальное программное обеспечение (СПО), где происходит их обработка, фильтрация, нормализация и расчет спецпрогноза.

На каждом этапе все эти данные передаются в специальные хранилища:

1. Первоначальные данные, получаемые с датчиков АДМС, отправляются в хранилище исходных данных.
2. Нормализованные данные, прошедшие первичную обработку, отправляются в хранилище нормализованных данных.
3. Данные конфигураций хранятся в хранилище конфигураций.
4. Нормализованные данные передаются в резервное хранилище.
5. Пакеты данных с прогнозами передаются в хранилище прогнозных данных.

Затем идет передача данных для подсистем ИТС и центра управления ИТС, а также передача пакетов данных с прогнозами общего назначения и пакетов данных с ПТП дорожно-эксплуатационным службам. 

База данных должна быть информационно совместима со всеми конечными потребителями, с которыми происходит взаимодействие. При разработке базы данных подсистемы метеомониторинга необходимо учитывать все вышеперечисленные требования. Для этого необходимо исследовать основные существующие базы данных (Таблица 2). [7]

Таблица 2.

Типы и характеристики СУБД

Характеристики	Тип СУБД	Отличительные параметры
Количество пользователей одновременно	Однопользовательская БД	Не более 1
	Многопользовательская БД	Более 1
Расположение данных на сервере:	Централизованная БД	На одном сервере
	Распределенная БД	Возможность использования нескольких различных серверов
Тип данных	Универсальная БД	Различные типы данных
	Специальная БД	Специализированные, направленные на конкретную область деятельности.
Способ использования данных	Оперативная БД	Использование оперативной обработки транзакций
	Аналитическая БД	Используется для принятия решений, на основе хранимых в ней данных (статистических, исторических, бизнес-показателей). Имеется возможность для расширенного анализа таких данных с помощью сложных инструментов.
Степень структурированности данных	Неструктурированные данные	Исходные данные в первоначальном виде
	Структурированные данные	Приведенные в определенный порядок данные с целью удобства хранения, использования и генерации информации.
	Полуструктурированные данные	Данные, обработанные до определенной степени.

 

Для того чтобы была реализована информационная система ПММ, можно использовать СУБД MS SQL Server. Так как данная СУБД обладает множеством преимуществ, необходимых для корректной работы ПММ и интеграции с другими подсистемами ИТС:

• Масштабируемость и производительность;
• Безопасность;
• Управление данными;
• Интеграция с другими продуктами Microsoft;
• Поддержка различных типов данных и языков программирования;
• Поддержка аналитики и отчетности;

Таким образом, благодаря вышеперечисленным преимуществам была выбрана СУБД - MS SQL Server.

ВЫВОДЫ

В России быстрыми темпами идет внедрение ИТС в дорожно-транспортную отрасль. Одним из главных направлений этого явления является ПММ, частью которой является АДМС. В настоящее время, в 2024 году, были разработаны новые требования для подсистемы метеомониторинга, которые влияют на создание базы данных и ее системы управления.

Также на базу данных влияют следующие факторы: уровень и наполнение интеграционной платформы ИТС, локализация сети АДМС. При выборе СУБД необходимо учитывать все факторы, которые необходимы для ПММ. Этим потребностям отвечает СУБД MS SQL Server.

Использование систем управления базами данных (СУБД) в системе метеомониторинга имеет ряд важных преимуществ и позволяет эффективно обрабатывать и хранить огромные объемы данных о погоде и состоянии дороги. СУБД является мостом между пользователем и базой данных. Преимущества использования СУБД в ПММ:

1. Хранение больших объемов данных. ПММ, в зависимости от масштабируемости сети АДМС, собирает огромное количество информации об условиях на дороге.
2. Безопасность и целостность данных. СУБД обеспечивает соблюдение политики конфиденциальности данных, возможность применения резервного копирования БД.
3. Интеграция с другими системами. СУБД обеспечивает возможность интеграции с другими информационными системами, что позволяет обмениваться данными с другими приложениями, создавать связи между различными источниками информации и повышать эффективность работы всей системы ИТС. [2]

Поэтому разработка высокоэффективной базы данных подсистемы метеомониторинга будет способствовать качественной и эффективной работе российской ИТС.