Systémy pro řízení dopravních procesů

Vrcholící konvergenční a integrační procesy mezi informačními technologiemi a komunikačními technologiemi (ICT) bezprostředně rozšiřují hranice působnosti aplikací nejen v rámci technických oborů, ale zpřístupňují také dříve neuvažované příležitosti v různých oblastech humanitních, společenských i ekonomických. V krátké době několika desítek let například teorie systémů řízení překročila vlastní stín od nejjednodušších regulátorů až po průmyslové aplikace složitých algoritmů řízení rozlehlých výrobních, technologických a měřicích procesů v reálném čase. Logickým pokračováním vývoje v oblasti počítačového řízení procesů se jeví průnik nových metod obecné teorie automatizovaných systémů do řízení ekonomických podnikových procesů, do transformace klasického dopravního inženýrství směrem k zavádění prvků umělé inteligence do řízení dopravních a přepravních procesů atd.
Dopravní telematika, která se zabývá právě zkoumáním a exaktním popisem chování, návrhem a optimalizací inteligentních dopravních systémů, je typickým příkladem oboru, o kterém se ještě před několika lety mluvilo pouze v teoretických vizích prognostiků. Dnes však existuje řada praktických telematických aplikací, které se mohou dotýkat mnoha z nás zcela bezprostředně a každodenně. Příkladem za všechny budiž vytknut před závorku v současnosti mediálně populární systém pro výběr mýtného nebo automatizovaný navigační systém pro kontrolu pohybu a jeho součinnost při navigaci podnikových vozidel přes veřejně přístupné služby družicového GPS (Global Position System). V každém vozidle je instalován komunikační modul OBU (On Board Unit), který by měl být vybaven tak, aby mohl univerzálně komunikovat jak se satelitním, tak i s mikrovlnným systémem přes univerzální rozhraní ve všech zemích EU.

Kdo uvízne v síti
Dopravní telematika se zabývá sběrem, zpracováním a vyhodnocováním informací z reálně existujícího dopravnětelematického řetězce. Takto získané informace slouží, po normalizaci a přetřídění dat, jako vstupní údaje například pro optimalizační modely, jejichž úkolem je v rámci faktických možností existující dopravní infrastruktury zvyšovat přepravní výkony při zachování nejvyššího stupně bezpečnosti, zlepšování komfortu osobní přepravy, a v neposlední řadě lze výsledky simulace využít i k aktivnímu řešení rozvoje dopravní politiky regionů, zemí či geografického nebo správního uskupení zemí (například celé EU) ze strany správních a politických orgánů.
Základem k porozumění jednotlivým dopravně-přepravním procesům je vytvoření přesných a přitom relativně jednoduchých matematických modelů, které lze navíc vhodnou volbou parametrů upravit tak, aby byly v souladu s realitou řešené situace. K tomu slouží modely dopravních sítí, pomocí nichž lze usuzovat na míru propustnosti jednotlivých dopravních cest i dopravních uzlů a zároveň také definovat kapacitu dopravních sítí obsluhovaných telematickými prostředky.
Chování dopravní sítě lze sledovat, analyzovat a optimalizovat prostřednictvím modelu dopravního proudu, a to z různých úhlů pohledu (například fyzikálního, stochastického atd.), kdy konkrétní vlastnosti vycházející z těchto modelů mohou zásadně ovlivnit řízení plynulosti dopravního proudu. Jednou z důležitých vlastností, která zajímá všechny provozovatele komunikačních infrastruktur, je především kritická mez zatížení, po jejímž překročení dochází k vytvoření fronty a k významnému zpomalení provozu. Sem patří i modely prvků dopravnětelematického systému, jako je sledování druhu dopravních prostředků a jejich pohybu po dopravních cestách, modely telekomunikačního prostředí a modely rozhodovacích procesů. Pro potřeby co možná nejjednoduššího a pružného popisu dopravní infrastruktury, modelu dopravního proudu a prvků dopravnětelematického systému byl vytvořen speciální jazyk UML (Unified Modelling Languague), s jehož pomocí lze zvolený model přesně popsat tak, aby co nejpřesněji odpovídal realitě a zároveň umožňoval zkoumat chování rozsáhlých telematických systémů prostřednictvím simulace modelových situací z různých úhlů pohledu a v souladu se standardy ISO a CEN.

Interdisciplinární znaky telematiky
Telematika je v duchu jedné z nejrozšířenějších definic systémově inženýrský obor zabývající se tvorbou a účelným využitím informačních a komunikačních technologií pro sledování a řízení homeostatických procesů probíhajících v rámci definovaných územních celků (lokálních, regionálních, globálních).
Homeostatickým procesem zde rozumíme po částech spojitý a s časem proměnný děj, který lze optimalizovat kompenzací rušivých vlivů například prostřednictvím programově řízených komunikačních a akčních digitálních dohledových prostředků tak, aby byly zachovány žádoucí stavy procesů, které jsou předmětem regulace (například jednotné řízení plynulosti dopravního proudu) při udržení definovaných průvodních kritérií, jako je například komfort, ekonomika atd.
Telematika postupně po složitém vývoji vykrystalizovala v samostatný vědní obor. Vznikala podporována konvergenčními mezioborovými procesy i následnou několikaúrovňovou syntézou dopravních a přepravních technologií, za podpory manažerské ekonomiky, matematických metod návrhu a obecné teorie řízení rozlehlých systémů s rozprostřenými parametry. Efekty telematiky jsou založeny na synergických vztazích všech výchozích oborů a projevují se v širokém spektru uživatelských oblastí, od multimediální komunikace až po inteligentní využívání a řízení globálních síťových odvětví, jako jsou například doprava zboží a osob, spoje a veřejná správa. Dostatečně rozvinutá telematika je ve svých aplikacích jednou z důležitých podmínek vzniku znalostní společnosti, k níž se v současnosti snažíme bezprostředně dospět, konstituuje pro ni inteligentní prostředí a umožňuje na bázi získaných informací extrahovat znalostní popisy složitého chování procesů a systémů.
Základní teoretický aparát telematického oboru vychází z principů klasické systémové analýzy, optimalizačních algoritmů pro řízení informačních toků, pravidel pro optimalizaci struktur telematických systémů, matematických metod extrakce distribuovaných informací, systémové integrace informačních modelů s modely telekomunikačního prostředí, optimalizace volby použitých technických prostředků z hlediska poměru cena/výkon atd.
Metodika návrhu telematických systémů musí respektovat také definice komunikačních rozhraní, zásady pro zachování modulární koncepce systému, je povinna zachovávat kompatibilitu se zvolenou strukturou softwarových datových protokolů, s metodikou pro stanovení spolehlivosti, bezpečnosti a dostupnosti informace pro danou architekturu telematického systému, musí dbát na interoperabilitu jednotlivých telematických subsystémů, optimalizaci požadavků na systémové aktivity telematiky atd.
Dopravní telematika integruje informační a telekomunikační technologie s dopravním inženýrstvím za podpory ostatních souvisejících vědních oborů (ekonomiky, teorie dopravy, systémového inženýrství atd.) tak, aby pro stávající infrastrukturu bylo možné garantovat přijatelný stupeň optimálního řízení dopravních a přepravních procesů (aby bylo možné optimalizovat přepravní výkony a efektivitu dopravy, aby rostla bezpečnost dopravy, zvýšil se komfort přepravy atd.).
Aplikace telematických principů působí bezprostředně zejména na rozvoj těch oblastí informačních a komunikačních technologií, které mohou garantovat cílenou podporu tlaku ekonomů na optimalizaci dopravního procesu a infrastruktury. Správná implementace zásad dopravní telematiky musí nutně vycházet z detailní analýzy reálných dopravních situací a ze stanovení jasného cíle řešení (v souladu s tezemi dopravní politiky v dlouhodobém výhledu).
Je třeba upozornit, že pojem ITS (Intelligent Transport Services) chápeme jako inteligentní dopravní služby, což plně reflektuje základní cíle dopravní telematiky nabízet účastníkům dopravy relativně komplexní služby, které je nutno sledovat na různých úrovních:
* služby pro cestující a řidiče (tj. pro uživatele): například informace o dopravních cestách, o dopravních spojích, informace poskytované řidičům prostřednictvím monitorovacích a vizualizačních systémů na dálnicích, dopravní informace šířené prostřednictvím veřejnoprávního rozhlasu službou RDS, DVB-T nebo internetu, informace zasílané řidičům do palubních komunikačních systémů automobilů (dynamická navigace atd.), služby mobilních operátorů atd.;
* služby pro správce infrastruktury (správce dopravních cest, správce dopravních terminálů): sledování kvality dopravních cest, řízení údržby dopravní infrastruktury, sledování a řízení bezpečnosti dopravního provozu, informace o ekonomice dopravních cest atd.;
* služby pro provozovatele dopravy (dopravce): optimalizace volby dopravních cest, řízení oběhu vozidlového parku, dálková diagnostika vozidel, zásobování náhradními díly atd.;
* služby pro státní a veřejnou správu: napojení systémů dopravní telematiky na informační systémy veřejné správy (ISVS), sledování a vyhodnocování objemu přepravy osob a nákladů, financování dopravní infrastruktury (fond dopravy), nástroje pro výkon dopravní politiky měst, regionů, státu atd.;
* služby pro bezpečnostní a záchranný systém IZS (Integrovaný záchranný systém): propojení systémů dopravní telematiky na Integrovaný záchranný systém a na bezpečnostní systémy státu, optimalizace nasazení technických prostředků při likvidaci havárií, evidence vyhodnocování příčin nehod, prevence vzniku mimořádných událostí s ekologickými důsledky atd.
Koncepčním propojováním jednotlivých telematických subsystémů vzniká informační nadstavba nad reálnými dopravními procesy, která umožní implementovat do síťové struktury odvětví obdobné řídicí nástroje, jako je tomu například při sledování ekonomických ukazatelů ve výrobních provozech (sledování nákladů, vznik samostatných nákladových středisek atd.). Znalost ekonomických procesů spojených s dopravou usnadní výkon státní dopravní politiky a umožní vybrat smysluplnou, dlouhodobě efektivní investiční strategii. Dopravní telematika v uvedeném pojetí též poskytuje jasná, kontrolovatelná a transparentní pravidla pro vstup privátních investorů do dopravní infrastruktury (včetně implementace speciálních uživatelsky orientovaných telematických prostředků).

Výhody modulární koncepce
Dopravnětelematický systém lze rozdělit do čtyř základních, relativně samostatných částí (logických modulů systému) podle prvků dopravního řetězce a podle poskytovaných služeb pro oblasti:
* řízení a sledování objektů přepravy (zboží, surovin),
* ovlivňování, řízení, sledování a údržbu dopravního prostředku,
* sledování, řízení a údržbu dopravní cesty,
* sledování, řízení a údržbu dopravních terminálů.
Uvedené kategorie dopravní telematiky opomíjí důležitý lidský faktor (např. personál dohledového centra, dispečery, řidiče atd.), protože se pro jednoduchost chceme zabývat především technickými prostředky dopravnětelematického systému, který je obvykle tvořen čtyřmi základními moduly:
* modulem technického vybavení dopravního procesu ve smyslu subsystémů pro získávání statických a dynamických dat o dopravním procesu nebo souboru prostředků sloužících k přímému ovlivňování dopravního procesu (tzn. zařízení, která je nutno umístit na dopravní cestu, do dopravního prostředku nebo na objekt přepravy);
* modulem pro řízení dopravních procesů, kam řadíme subsystémy pro monitorování, off-line plánování a následné on-line řízení;
* modulem telematických pasportních systémů, které jsou určeny k evidenci veškerého majetku spojeného s dopravním procesem (dopravní cesta, dopravní prostředky atd.);
* modulem telematických ekonomických systémů zaměřených na sledování dopravního a přepravního procesu z pohledu ekonomických efektů (ekonomika dopravních cest, dopravních terminálů, dopravních prostředků atd.).
Vhodným propojením všech výše uvedených subsystémů vznikne tzv. telematická nadstavba (telematický deštník) nad dopravním procesem, která je nástrojem k řízení a ovlivňování dopravy s cílem naplnit dlouhodobé vize dopravní politiky (dopravní obslužnost, spolehlivost, ekonomické efekty, komfort atd.). Je třeba upozornit, že jednotlivé prvky dopravní sítě samy o sobě nejsou dopravnětelematickým systémem. Např. křižovatka v silniční dopravě je autonomní technický prostředek dopravní cesty, neboť slouží k lokálnímu ovlivňování a řízení dopravního procesu na dopravní cestě. Pouze v případě, kdy je tato křižovatka propojena s ostatními systémy sběru dopravních dat, s nadřazenou řídicí ústřednou, můžeme hovořit o tom, že křižovatka je komponentou dopravnětelematického systému. Podle výše uvedených pravidel může být tato křižovatka chápána jako telematický prostředek dopravní cesty.
Dopravní terminál je místem, kde lze vstoupit na dopravní síť nebo z ní vystoupit, popřípadě provést překládku nebo změnu dopravního prostředku. Plní funkci překladiště, které je doplněno o možnost kompozice a dekompozice vyšších přepravních jednotek. Tato schopnost klade nároky na zřízení alespoň minimálních skladovacích kapacit. Základní prvky terminálu pro dopravu silniční, železniční a vodní tvoří dopravní síťové terminály jednotlivých druhů doprav. Vzájemné propojení síťových dopravních terminálů zajišťuje manipulace. Mezi základní služby poskytované terminálem patří:
* ložné operace, manipulace,
* skladování (veřejné sklady, celní sklady),
* zprostředkování přepravy,
* další související služby (informační služby).
Výše popsané části a komponenty dopravnětelematického systému lze v případě potřeby dále rozšiřovat a vazby od různých informačních zdrojů dále kombinovat.

Procesní charakter dopravní obsluhy
Cíle správy obce (regionu) a dopravy v obci (regionu) jsou v nejobecnější rovině shodné a lze je definovat jako optimalizaci homeostatických (silných) procesů.
Efektivní doprava osob a zboží se stává největším problémem společnosti, tedy i státních útvarů. Vstup liberálních teorií do problematiky dopravy naráží stále více na vžité přístupy výrazně omezující její smysluplný rozvoj. Stejně tak je patrná přítomnost různých trendů ovlivňujících systémový přístup k řešení. Neschopnost společnosti řešit tyto problémy se nutně musí vrátit v podobě neustálých nároků na veřejné prostředky. Nové tisíciletí je poznamenáno globalizací ekonomiky. Ta má kromě jiných cílů zabezpečit optimalizaci nákladů výrobních organizací, a oživit tak odbyt výrobků, ale i průmyslový rozvoj. Doprava bude bezpochyby důležitou součástí tohoto vývoje. Má-li doprava také přispět k oživení ekonomiky, musí být zabezpečen vstup stejných nástrojů do řízení dopravy, její organizace a dohledu, které jsou obvyklé ve výrobních organizacích. Doprava a její organizace se při nesplnění tohoto požadavku na určitém stupni rozvoje ekonomiky může stát limitujícím faktorem růstu průmyslové výroby s ekonomicky nepříznivými dopady na HDP.
Složitost řešení pro prostor bývalého východního bloku je mimo jiné zvýrazněna stavem dopravní infrastruktury, zastaralostí techniky, ale i stářím obslužného personálu, setrvačností myšlení, roztříštěností dodavatelské sféry atd. Tento stav výrazně ovlivňuje snahy o restrukturalizaci dopravy jako takové i v naší republice, a to v negativním smyslu. Má však i pozitivní vliv. Jakékoliv smysluplné řešení bude logicky provázeno vysokým stupněm kladných dopadů, zejména do ekonomické oblasti (každá koruna vložená do dopravního systému se přiměřeně zhodnotí), zefektivněním provozu a jeho výkonnosti, zvýšením objemu přepravy a zrychlením návratnosti vložených investic. Proto je nutno návrh dopravní politiky podřídit přesně definovaným krokům (cílům) tak, aby se eliminovaly negativní vlivy a zvýraznil se pozitivní efekt. Dopravní telematika vytvoří prostor pro strategická jednání tak, aby byly zohledněny národní zájmy, zájmy jednotlivých rezortů a splněny cíle evropských orgánů. Tvorba dopravní politiky musí tedy zabezpečit kontinuitu celkové koncepce státu v oblastech rozvoje průmyslu, zaměstnanosti, sociální politiky, ale i ekologie a zabezpečit mobilitu osob a zboží z hlediska evropských přepravních proudů. Důležitou vazbou je potom vliv dopravní politiky na tvorbu, ale i čerpání státních financí, zahrnující jednak investice rozvoje dopravní infrastruktury, ale i likvidaci důsledků špatné dopravní politiky zejména v oblasti ekologie.
Důležitým nástrojem efektivního rozvoje státní dopravní politiky je znalost dopravních procesů, které poskytuje dopravní telematika. Dále je důležitá znalost vlivu dopravy na ekonomiku ostatních souvisejících činností. Tyto informace poskytne dopravní telematika přímo propojená s informačními systémy veřejné správy a samosprávy (ISVS).
Autor je redaktorem časopisu Sdělovací technika