Základní definice dopravní telematiky

V této podkapitole bude uvedeno a vysvětleno několik základních definic pojmů, které budou používány v dalším textu.

Definice dopravního řetězce

Pro definování dopravní telematiky je nutno nejprve popsat celý přepravně-dopravní řetězec (viz. Obr.1):


Obr.1 Definice přepravně-dopravního řetězce

Obecná definice telematiky

Obor telematika lze definovat následovně:

Telematika je systémově inženýrský obor, zabývající se tvorbou a účelným využitím informačního prostředí pro homeostatické procesy (kompenzace rušivých vlivů pro zachování silných procesů dle definovaných kritérií, např. komfort, ekonomika, atd.) územních celků, až po globální síťová odvětví.

Telematika je výsledek konvergence a následné postupné syntézy telekomunikačních technologií a informatiky za podpory managerské ekonomiky a matematických metod tvorby a řízení komplexních systémů. Efekty telematiky jsou založeny na synergismu všech výchozích oborů a projevují se v širokém spektru uživatelských oblastí, od multimediální komunikace jednotlivců až po inteligentní využívání a řízení globálních síťových odvětví, jako jsou např. doprava, spoje a veřejná správa. Pokročilá telematika je ve svých aplikacích jednou z důležitých podmínek vzniku znalostní společnosti, konstituuje pro ni inteligentní prostředí a umožňuje na bázi získaných informací extrahovat znalostní popisy složitých systémů.

Základní teoretický aparát oboru telematiky:

Definice dopravní telematiky (ITS)

Dopravní telematiku neboli inteligentní dopravní systémy (Inteligent Transport Systems) lze definovat takto:

Dopravní telematika (ITS) integruje informační a telekomunikační technologie s dopravním inženýrstvím za podpory ostatních souvisejících vědních oborů (ekonomika, teorie dopravy, systémové inženýrství, atd.) tak, aby se při dané infrastruktuře zvýšily přepravní výkony a efektivita dopravy, stoupla bezpečnost a zvýšil se komfort přepravy.

Pod pojmem dopravní telematika praktici rozumí informační a telekomunikační podporu dopravního procesu. Je třeba jasně říci, že dopravní telematika je účelným nástrojem pro dosažení cíle optimalizace homeostatických procesů území. Správná implementace dopravní telematiky musí nutně vycházet z detailní analýzy stávající dopravní situace a stanoveného jasného řešení cíle (dopravní politika města, regionu, státu). Potom je možno využít nástrojů dopravní telematiky pro realizaci těchto cílů.

Následující obrázek ukazuje souvislost dopravní telematiky s výše definovaným přepravně- dopravním řetězcem včetně základních přínosů tohoto spojení:


Obr.2 Vazba dopravní telematiky a přepravně-dopravního řetězce

Je třeba upozornit, že pojem ITS se již dnes překládá jako inteligentní dopravní služby (Intelligent Transport Services), což plně reflektuje význam dopravní telematiky - nabízet uživatelům dopravy inteligentní služby, které je nutno sledovat v několika rovinách:

Výsledkem koncepčního propojení jednotlivých subsystémů dopravní telematiky vznikne informační deštník nad dopravou, který umožní nasadit stejné řídící nástroje pro toto síťové odvětví, jako je tomu dnes např. u řízení výrobních podniků (sledování nákladů, vznik samostatných nákladových středisek, atd.). Znalost ekonomických procesů spojených s dopravou usnadní výkon státní dopravní politiky a nabídne smysluplnou investiční strategii v tomto odvětví. Dopravní telematika v tomto pojetí může nabídnout jasná, kontrolovatelná a transparentní pravidla pro vstup privátních investorů do dopravní infrastruktury (včetně vlastních prostředků dopravní telematiky).

Definice architektury dopravní telematiky

Architektura dopravního telematického systému definuje základní uspořádání zkoumaného systému v (abstraktním) prostoru a je spolu s vytýčením rozhraní (interface) výchozím stupněm identifikace, resp. komposice systému. Prvky systému chápeme jako nosiče dílčích systémových funkcí (služeb), vazby systému definují možnosti řetězení prvků a tedy též možnost existence procesů.

Základní charakteristikou telematického systému jsou jeho silné procesy. Z množiny silných procesů jsou vytvářeny jednotlivé telematické aplikace. Podle aplikací jsou dále systémy dekomponovány na subsystémy resp. moduly. Množina silných procesů se zapisuje genetickým kódem systému, vytváří druhovou charakteristiku systému a je důležitou složkou identity systému.

Architekturu dopravního telematického systému je možno dělit na:

Architektura dopravní telematiky může být definována na úrovni:

Definice kategorií a komponent dopravní telematiky

Dopravně-telematický systém lze rozdělit do čtyř základních kategorií, popř. prvků prvků (základní logické části systému) dle částí dopravního řetězce, kterého se dotýká:

V této kategorizaci dopravní telematiky není prozatím zahrnut lidský faktor (řídící, dispečeři, řidiči, piloti), protože struktura této kapitoly popisuje technickou část dopravně-telematického systému.

Dále lze dopravně-telematický systém rozdělit na čtyři základní komponenty:

Funkce

Monitorování

Responsivní provozní řízení (on-line řízení procesů, on-line management)

Ŕizení provozní logistiky

(off-line management)

Plánování služeb infrastruktury (off-line plánování)

Sběr dat v terénu

a

a

a

a

Kompletace dat

a

a

a

a

Komunikační napojení s místem sběru dat v terénu

a

a

   
Vznik databáze dat

a

a

a

a

Uživatelské rozhraní, vizualizace dat

a

a

a

a

Zpracování dat (algoritmy), Interpretace dat pro podporu rozhodování  

a

a

a

Vyhodnocení zpracovaných dat

a

a

a

a

Řízení pomocí aktorů v terénu  

a

   

Tab.1. Funkční model pro monitorování, on-line řízení a management, off-line management a off-line plánování

Propojením všech výše uvedených komponent vznikne tzv. telematický deštník nad dopravním procesem, který je nástrojem řízení a ovlivňování dopravy tak, aby byly splněny cíle vytčené v dopravní politice (dopravní obslužnost, spolehlivost, ekonomika a komfort).


Obr. 3. zobrazuje základní dělení dopravně-telematického systému na kategorie a komponenty. Je třeba upozornit, že jednotlivé komponenty sami o sobě nejsou dopravně-telematickým 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, nadřazenou řídící ústřednou, atd. můžeme hovořit o tom, že tato křižovatka je komponentou dopravně-telematického systému. Dle výše uvedených definic, je tato křižovatka definována 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 a plní funkci překladiště, které je doplněno o možnost kompozice a dekompozice vyšších přepravních jednotek. Tato schopnost klade nároky na zřízení alespoň minimálních skladovacích kapacit. Základními součástmi 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:

Výše popsané kategorie a komponenty dopravně telematického systému lze v případě potřeby dále rozšiřovat a vazby od různých informačních zdrojů dále kombinovat.

Definice parametrů přenosu pro telematické systémy

Ve výše uvedené dekompozici dopravně-telematického systému nebyla zatím zmíněna oblast telekomunikací, která je jedním z dvojice "pilířů" dopravně telematických systémů (zpracování/přenos informací). Telekomunikační prostředí spojuje všechny funkční prvky dopravní telematiky a vhodně zvolená architektura dopravní telematiky vede na optimalizaci požadavků tak, aby docházelo k optimalizaci přenosu informací včetně optimalizace samotných telekomunikačních prostředků.

Tato optimalizace vede ke snížení nákladů na budování i provoz telematických systémů a jelikož jsou náklady na telekomunikace základním limitním faktorem, který brání rychlejšímu rozvoji ITS, napomůže tento postup rychlejšímu zavádění dopravně-telematických systémů.

Pro lepší orientaci v problematice uvádíme několik základních definic z oblasti telekomunikací.

Přenos informace lze rozdělit na:

V přenosových systémech telekomunikačního prostředí je možno přenášet:

Služby telekomunikačního prostředí musí zabezpečit vzrůstající požadavky uživatele na dostupnost informace a její bezpečné a spolehlivé přenesení z místa sběru do míst zpracování. Tyto pojmy je možno definovat:

  • Dostupnost přenosu - vyjadřuje dobu garance telekomunikační služby nutnou pro provoz telematické aplikace. Dostupnost je zpravidla vyjádřena v procentech. Celkovou dostupnost ve vztahu k telekomunikačnímu prostředí je možno vyjádřit jako součet množiny dostupností jednotlivých částí telekomunikačního řetězce. Lze tedy například sledovat dostupnost přenosových systémů (redundance kanálů), dostupnost servisů (rychlost opravy) a dostupnost fyzické vrstvy (vhodná architektura systému). Dostupnost lze vyjádřit v nejjednodušší formě takto:

  • kde

    tb - je měrná doba bezporuchové činnosti množiny použitých technických zařízení přenosového řetězce.

    tp - je předpokládaná doba odstranění poruch výpadku systému.

    Obě hodnoty v případě telekomunikačního prostředí přímo ovlivňuje projektované řešení přenosového řetězce. Například integrované řešení optimalizuje hodnotu snížením prvků (zdrojů poruch), které mají přímý vliv na koeficient D. Naproti tomu zdvojení cest či servisů v řetězci optimalizuje hodnotu .

    Definice telematické aplikace

    Telematická aplikace je dle definice z kapitoly 2.1.4 definována jako množina silných procesů, kde proces je definován jako řetězení prvků systému, které nesou základní funkce (služby) systému. Telematické aplikace jsou v tomto pojetí vnímány již jako důležité složky identity systému a lze je rozdělit na:


    Obr. 4. Princip statické aplikace

    Je třeba si však uvědomit, že vývoj statických aplikací zaznamenává posun a často se stává, že aplikace, které byly dříve typicky statické se mění na aplikace dynamické díky požadavkům trhu, obchodu, změny organizační struktury, změny organizace práce, atd.

    Tyto základní vlivy je nutno zvážit při projektování systémů telematiky dopravy, protože změna charakteru práce s informací výrazně ovlivňuje tvorbu architektury systému a zejména mění dramaticky požadavky na telekomunikační prostředí.


    Obr. 5. Princip dynamické aplikace

    Informace z Obr.5. byla získaná v čase t, informace byla přenesena do centra telekomunikačním prostředím v čase Tp. Hodnota Tp je přímo závislá na parametrech zvoleného telekomunikačního prostředí a vzdálenosti k místu zpracování. Kvalitativním ukazatelem je medium přenosu (metalika, vzduch, sklo) či šířka pásma. Doba odezvy To systému zpracování je závislá na způsobu zpracování a na požadavcích aplikace. Celková doba odezvy Toc dané dynamické aplikace (od detoktoru k aktoru) je vyjádřena:

    Toc = Tp+To+Tp = 2Tp + To

    Smyslem efektivního projektování dynamických aplikací by mělo být maximální rozprostření logiky odezvy co nejblíže k aktorům, protože se tak významně sníží požadavky na telekomunikační přenosy.

     

    Vzájemné vazby dopravní telematiky

    Kromě základních definic je třeba upozornit na některé základní vazby dopravní telematiky.

    Vztah dopravní telematiky a dopravní politiky

    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 lobistických 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 organizování a dohledu, které jsou obvyklé ve výrobních organizacích. Doprava a její organizace při nesplnění tohoto požadavku v dané úrovni rozvoje ekonomiky se stanou limitujícím faktorem oživení průmyslové výroby.

    Složitost řešení pro prostor bývalého východního bloku je mimo jiné zvýrazněn stavem dopravní infrastruktury, zastaralostí techniky, ale i stářím obslužného personálu, setrvačností myšlení a roztříštěností dodavatelské sféry atd. Tento stav výrazně ovlivňuje snahy o restrukturalizaci dopravy jako takové i v českém prostoru v negativním smyslu. Má však i pozitivní vliv. Jakékoliv smysluplné řešení bude provázeno vysokým stupněm kladných dopadů, zejména do ekonomické oblasti (každá koruna vložená do dopravního systému se efektivně vrátí) 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 eliminoval negativní vliv a zvýraznil vliv pozitivní. Cíle řešení musí na sebe transparentně navazovat. Dopravní telematika vytvoří prostor pro strategická jednání tak, aby byly zohledněny národní zájmy, zájmy jednotlivých resortů 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 informačně propojená s veřejným informačním systémem (ÚVIS) podporující činnost státní správy.

    Dá se říci, že kromě nástrojů obvyklých pro výkon státní dopravní politiky (organizační, legislativní atd.) je třeba definovat i nástroje technické, které nabízí dopravní telematika. Technika se může stát jednak nástrojem realizace dopravní politiky, ale také významným nástrojem kontroly dopravy. Lze směle konstatovat, že systémy dopravní telematiky jsou účinným nástrojem výkonu státní dopravní politiky.

    Pro dopravní politiku státu, regionu, nebo města je důležitá vazba dopravní telematiky na dopravní plánování, které využívá informací o dopravním procesu, o trendech vývoje dopravy a reaguje na něj výstavbou dopravní infrastruktury, regulací dopravy a jinými systémovými změnami. V tomto procesu sehrává dopravní telematika klíčovou roli podpory pro dopravní plánování.

    Lze konstatovat, že pomocí dopravní telematiky je možno realizovat promyšlený rozvoj dopravních systémů (dopravních cest) tak, aby byl v souladu s dopravní politikou státu, regionu, měst, atd. Dopravní telematika se tak stává součástí akčního plánu informační politiky státu, telekomunikační politiky, hospodářské politiky, atd.

    Vztah dopravní telematiky a logistiky

    Dopravní logistické řetězce s telematickým řízením se dnes uplatňují jak pro osobní, tak hlavně pro nákladní dopravu a to pro:

    Aplikace logisticky optimalizuje a zefektivňuje dopravní řetězec ve spolupráci mezi jeho jednotlivými články [14 - 20]:

    Dopravní telematika je mimo jiné též důležitým nástrojem logistiky, umožňuje naplnění a využití všech jejích funkcí. Uveďme alespoň krátký výčet přínosů dopravní telematiky pro logistiku:

    Vztah dopravní telematiky a telekomunikační infrastruktury

    Obr. 6. zobrazuje vybranou telematickou aplikaci TA (definována jako množina silných procesů), která je rozprostřena do třech vrstev. První vrstva zabezpečuje buď přímé napojení detektorů a aktorů na oblastní úroveň řízení (centralizovaná varianta) anebo napojení detektorů a aktorů na lokální řídící systém (decentralizovaná varianta). Z obr. 6. jsou patrné požadavky na telekomunikační prostředí, speciálně na oblast přístupových sítí, která je označena barevně. Přístupová síť je zmíněna proto, že zde jsou největší požadavky na přenos informací a také nejvíce technických problémů s ekonomickými důsledky.


    Obr.6 Schéma jednotlivé telematické aplikace TA

    Každou telematickou aplikaci je nutno rozložit dle obr.6 a stanovit přesné požadavky na přenos informací. Obecně největší požadavky budou na přístupových sítích. Vyšší úrovně bude možno řešit pomocí služeb operátorů.

    Tato úvaha vysvětluje přímou vazbu architektury dopravní telematiky - zejména tu část, kde se ke každé aplikaci definují požadavky na přenos informací - na telekomunikační politiku státu, regionu, měst, atd.