15
планеты, размещённой на сервере разработчика. Наша планета в Google Earth
изображена в виде глобуса (рисунок 2).
Рисунок 2 – Интерфейс программы Google Earth
Источник: загруженная и установленная программа Google Earth
Программа выполнена на высочайшем профессиональном уровне и
позволяет любым образом поворачивать земной шар, приближаться и
отдаляться от поверхности планеты, наблюдать поверхность под любым
углом. Возможна имитация дня и ночи. Программа имеет мощную
картографическую базу: на глобусе обозначены все страны c
административно-территориальным делением и почти все населённые
пункты, показаны реки и моря, автомобильные и железные дороги,
трёхмерный рельеф местности, фотографии наиболее известных уголков
планеты, имеется почти вся информация, изучаемая в средней школе на
уроках географии. Также в Google Earth практически в неограниченном
количестве можно создавать и сохранять собственные метки и линии,
измерять расстояния, импортировать данные из навигаторов, экспортировать
снимки планеты с выбранным пользователем графическим отображением
объектов, автоматически рассчитывать широту и долготу.
16
Несмотря на оперирование громадным объёмом информации
программа откликается мгновенно, не боится разрывов связи с сервером,
продолжая быть работоспособной в автономном режиме и не теряя данных
пользователя. Сохранить данные пользователя в большинстве случаев
удаётся даже при техническом сбое в работе компьютера.
Google Earth является чисто информационной программой. Прямое
использование данных для управления какими-либо процессами в ней
невозможно.
Другой мощной картографической программой общего пользования
является Яндекс.Карты (рисунок 3) [58]. Действие сервиса основано на
требованиях Федерального закона от 30 декабря 2015 г. № 431-ФЗ «О
геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений
в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1].
Планета Земля здесь представлена в виде развёрнутой плоской карты
мира, ограничено приближение и отдаление от поверхности Земли. На
территории России в Яндекс.Картах как правило представлена более полная
и более точная картографическая информация, чем в Google Earth.
В то же время в Яндекс.Картах полностью отсутствует возможность
отдельного создания и хранения пользовательских данных, но при этом
имеется раздел «Народная карта», редактируемый любым пользователем
Яндекс.Карт в пределах предоставленного программой набора инструментов.
Наиболее мощным, никем не превзойдённым сервисом программы
Яндекс.Карты является построение по точкам пользователя оптимальных
автомобильных и пешеходных маршрутов с учётом дорожных знаков,
актуальных препятствий и затруднений дорожного движения, также
выполняется расчёт расстояния и времени в пути. Во время отработки
маршрута, программа осуществляет простейший контроль, где
окончательное решение принимает пользователь, а программа, в случае
17
отклонения от заданного маршрута, выстраивает другой оптимальный
маршрут.
Рисунок 3 – Интерфейс программы Яндекс.Карты
Источник: интернет-ресурс Яндекс
При этом существенным недостатком программы является нарушение
или полное прекращение её работы при разрыве связи с интернетом.
Ещё одной программой общедоступного картографического сервиса
является российская 2ГИС (рисунок 4) [38]. Данная программа не отображает
спутниковые снимки Земли и до недавнего времени охватывала лишь
крупные города стран СНГ с их окрестностями, но в 3D формате.
В 2019 году действие 2ГИС при её запуске напрямую с сайта
разработчика расширено на всю территорию России и некоторых стран СНГ.
Достоинством 2ГИС является наиболее полный список городских
адресов и организаций (включая телефоны, интернет-адреса и часы работы),
а также остановок и маршрутов городского общественного транспорта.
Кроме этого, так же, как Яндекс.Карты, программа 2GIS показывает широту
18
и долготу, может строить маршруты и измерять расстояния, но только в
границах имеющихся карт. Отработка маршрута в 2ГИС аналогична
Яндекс.Картам, хотя по оптимальности траектории движения и скорости её
построения сервис пока ещё уступает Яндексу.
Рисунок 4 – Интерфейс программы 2ГИС
Источник: загруженная и установленная программа 2ГИС
Программа 2ГИС имеет возможность расстановки пользователем
меток, комментариев и их сохранения.
При пользовании картами крупных городов России и стран СНГ
постоянный доступ к интернету для работы программы не требуется.
Достаточно лишь один раз в месяц обновлять загружаемые на компьютер или
телефон базы данных.
Ещё одной геоинформационной системой, о которой следует
упомянуть в настоящей работе, является ArcGIS (рисунок 5) [39],
разработанная в США компанией Esri. Существует как бесплатная версия,
работающая через интернет, так и платная версия, которая может
19
действовать как через интернет, так и локально во внутренних сетях.
Возможна персональная адаптация параметров под заказчика.
Рисунок 5 – Интерфейс программы ArcGIS
Источник: загруженная и установленная программа ArcGIS
Платная версия программы имеет громадное количество опций, слоёв и
настроек, 2D и 3D графику, может работать со спутниковыми снимками и
различными типами географических карт. По предоставляемому сервису
ArcGIS является признанным лидером в части предоставления
геоинформационных услуг, поэтому используется во всём мире, включая
Россию.
Недостатком ArcGIS является её привязка к серверам и облачным
технологиям разработчика. С одной стороны это избавляет пользователя
(заказчика) от необходимости формирования собственных сетей, но с другой
стороны конфиденциальная информация пользователя (заказчика)
становится доступной компании Esri, что в условиях нестабильной
политической обстановки повышает риски дальнейшего
несанкционированного использования этой информации.
Существуют и другие ГИС общего пользования, например: Wikimapia,
Bing, SAS.Планета. У каждой из них есть свои преимущества и недостатки.
20
Программа SAS.Планета, например, для территории России демонстрирует
спутниковые снимки отменного качества, заказываемые специально в
корпорации Роскосмос. Но в целом перечисленные программы не имеют
принципиальных отличий от Google Earth, Яндекс.Карт и 2ГИС, а по
функционалу и вовсе уступают им, поэтому проводить их дальнейший
анализ в рамках настоящей работы нецелесообразно.
Каждая из геоинформационных систем выполняет свою главную роль –
обеспечить пользователя информацией о расположении морей и суши,
рельефе местности, застройке территорий, местоположении искомого
объекта или траектории движения по отношению к поверхности земного
шара.
В связи с этим ГИС активно применяются в геодезии, картографии и
кадастровых работах, на всех видах наземного, надводного и воздушного
транспорта, в работе спасательных служб, особенно в горах и на море. Ещё
одним весьма специфическим применением ГИС является контроль уровня
топлива в баке для выявления и исключения случаев его воровства. ГИС
также используются отдельно взятыми людьми для личных целей, например:
для поиска дома или организации по имеющемуся адресу, для прокладки
оптимального маршрута в объезд пробок и даже для похода в лес за грибами,
чтобы не заблудиться и кратчайшим путём вернуться в исходную точку.
Таким образом, можно смело утверждать, что геоинформационные
системы активно вошли как в профессиональную деятельность, так и в
повседневную жизнь людей.
1.2. Современные подходы к использованию геоинформационной
системы в управлении безопасностью движения
Термин «безопасность движения» относится к сфере транспорта,
имеющего отдельно движущиеся объекты: корабли, автомобили, поезда,
самолёты, – которые не должны представлять угрозу окружающему миру и
всему тому, что ими перевозится.
21
Использование ГИС на водном транспорте началось с организации
помощи на море терпящим бедствие кораблям: попавший в беду корабль
подавал сигнал S.O.S., вместе с которым автоматически передавались его
географические координаты; этот сигнал перенаправлялся системой на
корабли и береговые службы, наиболее близко находящиеся к месту
бедствия. Это позволяло своевременно организовать помощь и спасти людей.
В дальнейшем использование ГИС было значительно расширено.
Уточнена береговая линия, внимательно исследованы спутниковые снимки и
открыто большое количество ранее неизвестных островов, проведены
исследования глубин морского дна. Такая работа позволила составить
подробные карты рек, морей и океанов, отметить на них течения и отмели,
что позволило проложить безопасные маршруты прохода судов, обеспечив
капитана электронным лоцманом.
В крупных морских портах ГИС используются для организации работы
порта и передвижений судов, что позволяет избежать столкновения судов и
обеспечить максимально эффективное использование причалов.
Весьма интересным видится использование геоинформационных
технологий на автомобильном транспорте.
Всем известны приложения Яндекс.Навигатор и Google-Navigator,
которые прокладывают оптимальные маршруты в заданную пользователем
точку. Если рассмотреть полезность данных приложений с точки зрения
безопасности движения, то эти приложения с помощью голосовых команд
подсказывают водителю о необходимых перестроениях и поворотах для
следования по маршруту, указывают места ремонта дорог и места дорожно-
транспортных происшествий (далее – ДТП), что позволяет водителю вовремя
перестроиться в другую полосу движения, и при помощи звуковых сигналов
контролируют соблюдение максимально допустимых скоростей движения.
В коммерческом автотранспорте использование ГИС для обеспечения
безопасности движения намного шире: контролируется рабочее время
22
водителя, характер вождения автомобиля или автобуса (учитывается
количество ускорений и торможений, количество перестроений по полосам
движения), соблюдение допустимых скоростей движения, посадка-высадка
пассажиров в неустановленных местах, посадка-высадка посторонних людей
в большегрузные автомобили. Вместе с другими параметрами на основании
перечисленных характеристик в автоматическом режиме формируется
рейтинг водителя, что позволяет работодателю работать над повышением
мастерства водителей, дисциплины и при необходимости избавляться от
потенциально опасных работников.
Следует отметить, что ГИС в коммерческом автотранспорте
используются не только для контроля за водителями, но и для оказания им
помощи при нештатных ситуациях, например: система фиксирует
неплановую остановку или пропадание информации о местоположении
автомобиля (автобуса) и выдаёт информацию диспетчеру, если в течение
заданного промежутка времени диспетчер не имеет возможности связаться с
водителем, а автомобиль (автобус) при этом не возобновляет движение, то
диспетчер организует оказание помощи.
Затраты на ГИС весьма ощутимы для бюджета компаний, поэтому
иметь их могут позволить себе пока лишь крупные транспортные компании.
Кульминацией применения ГИС на автомобильном транспорте
являются беспилотные автомобили, которые в принципе могут ехать только
по правилам. В настоящее время в России проводятся тестовые поездки
таких автомобилей – их массовое применение сдерживает имеющееся
законодательство.
На железнодорожном транспорте применение ГИС в обеспечении
безопасности движения сосредоточилось главным образом на
автоматизированном контроле за соблюдением максимально допустимых
скоростей движения и остановке поезда перед светофором с запрещающим
показанием. Особенностью при построении данных систем являлось то, что
23
поезд обладает большой массой и большой инерцией, разогнать и остановить
его мгновенно невозможно. Например, при применении экстренного
торможения пассажирским поездом, состоящим из локомотива и 17-ти
вагонов и движущимся со скоростью 120 км/ч по пути, проложенном на
ровном участке земной поверхности, пройденное расстояние до момента
остановки составит более 1,1 км. Даже если представить себе возможность
резкой остановки поезда, то в этом случае травмы получат ничего не
подозревающие пассажиры. Поэтому длины тормозных путей в зависимости
от типа поездов, крутизны уклонов и скорости движения учтены при
разработке железнодорожных ГИС во всём мире.
Ещё одним из применений ГИС для безопасной работы железных
дорог явился автоматизированный контроль строительства и поддержания
геометрических параметров земляного полотна, пути и контактной сети,
соблюдения габарита платформ и других строений.
Применяемые в России железнодорожные ГИС будут рассмотрены
далее.
Самая запутанная ситуация с применением ГИС складывается на
воздушном транспорте. Происходит это из-за того, что во многих странах
мира воздушное пространство находится под постоянным контролем военно-
космических ведомств.
В России воздушное пространство, включая безопасность полётов,
контролируется с использованием геоинформационных систем,
разработанных АО «Концерн воздушно-космической обороны «Алмаз-
Антей» [51]. Данные системы способны контролировать всё, что движется по
воздуху, начиная от птиц, и заканчивая ракетами.
Отдельными, не связанными общей сетью, ГИС можно считать
системы, при помощи которых воздушный диспетчер в своей зоне
ответственности выполняет контроль за полётами, распределяя самолёты по
24
курсам и эшелонам, чтобы исключить столкновение в воздухе и обойти
грозовые фронты.
Во многих аэропортах мира имеются собственные геоинформационные
системы, с помощью которых происходит управление взлётами и посадками,
передвижением спецтехники и спецавтобусов. Такие системы не позволяют
по ошибке посадить самолёт на полосу, на которую вышла спецтехника, или
столкнуть самолёты на взлётной полосе. Этим достигается обеспечение
безопасности полётов при организации максимальной пропускной
способности аэропортов. В нашей стране такая система успешно действует в
международном аэропорту Внуково.
Обобщая сказанное, следует отметить, что в ближайшей перспективе
будет наблюдаться всё большее и большее слияние геоинформационных
систем и искусственного интеллекта, в результате чего должны появиться
более совершенные транспортные средства: поезда, самолёты, корабли и
автомобили, – полностью управляемые электронным разумом.
1.3. Применение геоинформационных технологий на железнодорожном
транспорте
Использование спутниковой навигации на российских железных
дорогах началось в 1999 г. после успешного проведения приёмочных
испытаний унифицированного комплексного локомотивного устройства
безопасности (КЛУБ-У) [23, 28]. С 2002 года и по настоящее время КЛУБ-У
является основным бортовым устройством безопасности движения на
железных дорогах России, а также эксплуатируется на железных дорогах
Белоруссии, Казахстана, Азербайджана, Литвы, Латвии, Украины и
Монголии. Важной особенностью КЛУБ-У является то, что, выполняя
функции контроля за безопасностью движения поезда, система может
одновременно использовать в расчётах сигналы от всех ранее внедрённых на
железных дорогах СССР и России систем безопасности движения.