45
километрах и даже целых направлениях железных дорог, добавление и
редактирование участков превращено в настолько длительный и
мучительный бюрократический процесс, что до реального редактирования
базы данных дело уже не доходит;
– физически неделимые участки железных дорог в ЦНСИ искусственно
разделены на два и более участка, каждому из которых присвоены разные
коды; при стыковке разделённых частей программой установлен запрет на
принадлежность одной географической точки двум участкам, в итоге
получаются пропуски в километрах, что образовало дополнительные пустоты
в привязке;
– физически и географически разные железнодорожные участки в
ЦНСИ объединены в один только потому, что кто-то когда-то по ошибке
присвоил им один и тот же кодовый номер, а в программе не предусмотрена
защита от некорректного внесения данных; такие ошибки не исправляются
уже более 10 лет из-за отсутствия механизма оперативной актуализации
данных;
– все представленные ГИС имеют очень ограниченную реализацию
графического отображения объектов на карте (визуализацию), но даже в
случаях примитивной визуализации ни одна из имеющихся ГИС не имеет
графического редактора объектов.
2.2. Информационное и техническое обоснование необходимости
создания новой единой геоинформационной системы железных дорог
При поверхностном сравнении геоинформационных систем общего
пользования со специализированными железнодорожными системами
несложно сделать вывод, что визуализация информации специализированных
железнодорожных геоинформационных систем значительно уступает
визуализации общедоступных геоинформационных систем.
Имея хорошую визуализацию земной поверхности, даже несмотря на
то, что точность измерения ГИС общего пользования уступает точности
46
некоторых железнодорожных систем, геоинформационные системы общего
пользования нередко используются железнодорожниками для заполнения
пробелов в специализированных ГИС и других профессиональных целей.
Слабая визуализация существующих железнодорожных геоинформационных
систем не позволяет полноценно использовать эти системы.
Отсутствие графического редактора является ещё одним фактором,
мешающим более широкому использованию существующих
железнодорожных ГИС. Довольно странным выглядит создание,
редактирование и удаление объекта в железнодорожной ГИС с
использованием таблиц или всплывающих окон, вместо карты Земли, когда
при этом совершенно непонятно, где в конечном счёте, окажется этот объект,
каково взаимное расположение объектов, железнодорожных путей и
направлений. Даже опытные специалисты нередко оказываются в
затруднительной ситуации, особенно в случае ошибки, пытаясь без карты
(фактически вслепую) отыскать скрывшийся в неизвестном направлении
объект. Чтобы исправить этот недостаток, нужна система, имеющая
графический редактор с подкачкой спутниковых снимков и визуализацией
пользовательских данных, подобный Google Earth или ArcGIS.
Ещё одним архаизмом существующих железнодорожных систем
является то, что в век цифровых технологий для расчёта железнодорожных,
географических координат и пересчёта их друг в друга специалисту
приходится сидеть с калькулятором и линейкой и вручную выполнять
вычисления, строить нормали и вычислять длины отрезков. Сами ГИС, за
исключением Видеоизмерительной системы, могут только хранить данные,
вручную внесённые оператором. Всё это создаёт громадную трудоёмкость
использования железнодорожных ГИС, хотя современные компьютеры
способны выполнить требующиеся измерения за доли секунд. Если
использовать математический потенциал Видеоизмерительной системы,
47
адаптировав его для работы с объектами на карте, то обработка данных
ускорится в тясячи раз и многократно снизится риск ошибок в расчётах.
Ещё одной нерешённой проблемой является разделение данных на
слои. Например, если рассмотреть приказы ОАО «РЖД» о допустимых
скоростях движения [7–22], то в них можно увидеть, что для скоростных,
пассажирских, пригородных, грузовых и хозяйственных поездов на
отдельных отрезках путей установлены совершенно разные допустимые
скорости. Ни в одной из существующих систем невозможно на одной карте
хранить эти данные вместе, выбирая в свойствах объекта признак
соответствующей категории поезда или в случаях, когда ограничение
скорости одинаковое для всех категорий поездов, выбирая свойство «для
всех поездов». Следствием является кратное возрастание объёма работы из-
за необходимости вести карты для каждой в отдельности категории поездов.
Чтобы понять суть ещё одной крупной проблемы, попробуем
проследить цепочку, по которой допустимые скорости в настоящий момент
попадают в электронные карты систем безопасности движения поездов. В
ОАО «РЖД» имеется филиал Центральная дирекция инфраструктуры
(далее – ЦДИ), который, в свою очередь, имеет структурные подразделения
(далее – ДИ) на каждой из 16-ти железных дорог, входящих в
административное деление ОАО «РЖД». В этих структурных
подразделениях – дирекциях инфраструктуры (ДИ) – работают инженеры
служб пути, которые, получая и (на 99% вручную) обрабатывая информацию
с линии, ведут в программах Microsoft Excel приказы по скоростям. В
случаях, когда нужно подписать новый приказ или внести в него изменения,
инженеры ДИ готовят проект нового приказа, прикладывают тонну чертежей
станций и перегонов, ленты измерения балльности пути вагоном-
путеизмерителем (такой вагон изображён на рисунке 9), графики ремонтов
пути, сведения о суммарном пропущенном тоннаже по конкретным путям,
48
после чего несколько человек тащат всю кипу документации в ЦДИ, где это
рассматривают, делают окончательную версию приказа и подписывают.
После подписания ДИ рассылают электронные копии приказа на
линию всем причастным, включая АО «НИИАС». В АО «НИИАС»
инженерами ведутся дубликаты приказов по скоростям. При поступлении
новых приказов они сверяются со старыми, выявляются изменения, которые
вручную вносятся в электронные карты локомотивных систем безопасности
движения отдельно по каждой категории поездов.
Чтобы понять, насколько неэффективной является вся цепочка
прохождения документации о скоростях, нужно представить, как бы
выглядела эта технология, если бы имелась ГИС, в которой прямо на карте
можно было отдельным слоем показать балльность пути, другим слоем –
перевезённый тоннаж, третьим слоем – капремонты, четвёртым слоем –
палитру допустимых скоростей. При таком подходе изменения можно было
бы вносить хоть каждый день, так как понять суть происходящего можно,
лишь бросив беглый взгляд на карту. Не нужно ездить в Москву, всё можно
сделать дистанционно. Утвердить изменения можно электронной цифровой
подписью (тоже дистанционно). Последующая обработка изменений
АО «НИИАС» становится и вовсе лишней, так как все изменения мгновенно
окажутся в электронных картах локомотивных систем безопасности.
Ещё одним изнурительным видом деятельности для работников ДИ
является актуализация чертежей станций и перегонов. Актуализация
требуется при вводе в действие, переносе или демонтаже светофоров,
стрелок, глухих пересечений, тупиков, платформ, мостов, водопропускных
отверстий и т.д., а также в случаях реконструкции целого участка
железнодорожного направления. Сегодня актуализация выполняется
полностью вручную с использованием чертёжных инструментов. Компьютер
не используется совсем.
49
Если создать конвертор, который по информации из новой ГИС может
нарисовать электронный чертёж станции или перегона, соблюдая при этом
государственные и отраслевые стандарты, то инженерам ДИ останется
только правильно расставить объекты на карте в соответствии с их реальным
географическим расположением на местности, и чертёж готов. Кроме этого,
новая информация, как и в случае со скоростями, мгновенно окажется в
электронных картах локомотивных систем безопасности.
Требующейся программы с такими функциями сегодня нет не только в
России, но и в других странах.
Несложно догадаться, что в случае появления такой ГИС, у неё будет
очень большое количество пользователей, всем им потребуется обеспечить
бесперебойный доступ в систему и задействовать большие программные и
аппаратные ресурсы. Чтобы одновременная работа пользователей не
приводила к задержке отклика системы и её зависанию, потребуется
продумать систему распределённых вычислений и хранения информации на
серверах, а также создать клиентское программное обеспечение.
Но базовой в новой ГИС при любых обстоятельствах должна являться
карта земной поверхности с полностью визуализированным и
детализированным отображением железнодорожных направлений. Иными
словами, масштабная карта должна являться фундаментом всей ГИС.
Выводы по главе 2
Железнодорожный транспорт располагает несколькими
геоинформационными системами, которые по своей сути несильно
отличаются друг от друга – основное их отличие состоит лишь в ориентации
каждой в отдельности системы на пользователей узких профессиональных
категорий. При этом каждая из представленных систем покрывает лишь
малую часть потребностей работников, на которых она ориентирована.
При этом весьма большое количество железнодорожниковных
процессах, реально ждут появления системы, которая автоматизирует
50
трудоёмкие операции, решит задачу единообразия данных, ликвидирует
дублирование действий по обработке и хранению информации, исключит
риски ошибок и максимально цифровизирует работу. Если такая ГИС будет
создана, то она, вне всякого сомнения, будет востребована не только в
России, но и в других странах.
51
ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ БАЗОВЫХ АЛГОРИТМОВ
ДЕЙСТВИЯ ЕДИНОЙ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
3.1. Общее экономическое обоснование внедрения единой
геоинформационной системы железных дорог
Несмотря на то, что в ОАО «РЖД» не ведётся учёт затрат по каждой из
эксплуатируемых ГИС, всё же существует информация, по которой можно
попытаться оценить эффект от ввода новой системы (таблица 1).
Таблица 1
Примерные затраты на содержание железнодорожных
геоинформационных систем
Название ГИС
Кто обслуживает
Примерные затраты на
содержание за год
Электронная карта
АО «НИИАС»
15 млн. руб.
ЕГИС ТПС
АО «НИИАС», ЗАО
«Интех» (г. Таганрог)
40 млн. руб.
Видеоизмерительная
система
АО «НИИАС»
3 млн. руб.
ГИС РЖД + ЦНСИ
АО «НИИАС»
50 млн. руб.
КВЛ-П (комплекс «ЭРА»)
ОАО «РЖД»
240 млн. руб.
КСПД ИЖТ
АО «Транспутьстрой»
4 млрд. руб.
Из таблицы 1 видно, что наименьшие затраты приходятся на наиболее
широко используемые системы: электронную карту и Видеоизмерительную
систему.
Стоит отметить, что в стоимость затрат на содержание ГИС включена
стоимость содержания вагонов всех 14-ти комплексов «ЭРА» и содержания
реперных точек КСПД ИЖТ. Но и за вычетом указанных расходов стоимость
поддержания ГИС этих комплексов будет значительно превосходить затраты
на содержание других систем.
Также имеются пока не упоминавшиеся в настоящей работе
организации, которые сегодня работают независимо друг от друга, создавая и
сопровождая свои базы данных, описывающие ту же самую инфраструктуру,
которая будет отображена в создаваемой единой ГИС.
Проектно-конструкторское бюро локомотивного хозяйства – филиал
ОАО «РЖД» (в сокращённой аббревиатуре ОАО «РЖД» – ПКБ ЦТ)
52
формирует и сопровождает базу данных и автоматическую расшифровку
Комплекса параметров движения (далее – КПД), выпускаемого
ОАО «Электромеханика» в г. Пенза [55] и представляющего из себя
электронный скоростемер, пришедший на смену механическому. В нём
запись параметров движения производится методом выжигания на
лавсановой ленте с металлизированной поверхностью, а в новой версии
прибора КПД-3ПС запись ведётся инфракрасным лучом на специальный
картридж. База данных КПД в большинстве случаев не имеет
пространственной привязки, запись параметров ведётся при каждом
импульсе датчика вращения колеса локомотива, что позволяет измерить
пройденный путь от начальной до конечной точки маршрута. В создаваемой
ГИС также можно будет измерить длину маршрута, поэтому новая ГИС
целиком может заменить базу данных КПД.
ООО «НПО САУТ» разрабатывает и производит систему
автоматического управления торможением САУТ-ЦМ/485 [24], а также
формирует и сопровождает базу данных этой системы. САУТ-ЦМ/485
состоит из путевых датчиков и локомотивных устройств. Путевые датчики
располагаются около светофоров и посылают вдоль рельса радиосигнал, по
уровню мощности которого определяется расстояние до светофора (чем
выше уровень сигнала, тем ближе светофор). Каждый путевой датчик имеет
свой уникальный номер, нигде не повторяющийся на всём пространстве
железных дорог. По номеру датчика и уровню сигнала осуществляется
позиционирование локомотива. Данная система является вспомогательной,
но также она полностью берёт на себя функции обеспечения безопасности
движения в тех местах, где невозможен приём спутникового сигнала,
главным образом, в тоннелях. В метрополитенах данная система является и
вовсе основной. База данных САУТ по содержанию почти полностью
повторяет электронную карту КЛУБ-У, БЛОК, но в отличие от электронной
карты не имеет пространственной привязки, вместо этого в ней указаны
53
железнодорожные координаты расположения датчиков и их уникальные
коды. Следует отметить, что в систему БЛОК, также выпускаемую ООО
«НПО САУТ», загружается и электронная карта КЛУБ-У, БЛОК, и база
данных САУТ. В САУТ запись параметров движения поезда ведётся во
внутреннюю память и считывается во время проведения технического
обслуживания локомотива. Новая ГИС может полностью заменить собой
базу данных САУТ – достаточно будет добавить в число объектов ГИС
датчики САУТ, а в свойствах датчиков указать их уникальны коды.
ООО «АВП Технология» [41] выпускает системы автоведения поездов,
а также формирует и сопровождает базу данных этих систем. База данных
автоведения, как и база данных САУТ, очень похожа на электронную карту
КЛУБ-У, точно так же не имеет пространственной привязки (во время
движения поезда привязка берётся от систем КЛУБ-У или БЛОК, с
дополнительным контролем местоположения по сотовой связи), но зато
включает в себя профиль пути и расписание движения поездов. Запись
параметров движения поезда, включая показания счётчиков расхода топлива
или электроэнергии, ведётся на съёмный картридж, расшифровываемый
после каждой поездки. Если в новой ГИС отдельным слоем добавить
расписание движения поездов, то создаваемая ГИС сможет также полностью
заменить собой базу данных автоведения.
А теперь рассмотрим всё описанное в цифрах расходов (таблица 2).
Таблица 2
Примерные затраты на содержание баз данных
железнодорожных безопасности движения и автоведения
Название базы
данных
Кто обслуживает
Примерные затраты на
содержание за год
КПД
ПКБ ЦТ – филиал ОАО
«РЖД»
15 млн. руб.
САУТ
ООО «НПО САУТ»
70 млн. руб.
Автоведение
ООО «АВП Технология»
30 млн. руб.
Существует ещё один фактор потенциальной экономии средств – это
отделы расшифровки файлов поездок, существующие в каждом депо. В
настоящее время вся расшифровка выполняется целиком вручную, включая
54
привязку файла поездки к маршруту на карте железных дорог, так как в
программе расшифровки файлов поездок используется своя база данных. На
сети ОАО «РЖД» задействованы более 5 тыс. техников-расшифровщиков со
средним заработком 50 тыс. руб. в месяц. В год расходы только на
заработную плату техников-расшифровщиков (без учёта соцпакета), таким
образом, составляют не менее 250 млн. руб. Если расшифровку вести с
использованием новой ГИС, то она станет полностью автоматической, а
высвобождаемых техников-расшифровщиков можно перевести на
инженерную работу в технические отделы депо и дирекций, в которых
существует постоянная нехватка опытных кадров.
Даже без проведения экономического анализа становится очевидным,
что при внедрении единой геоинформационной системы железных дорог
выгода составит не менее 2 млрд. руб. в год. А если учесть, что в основе
данной системы лежат малозатратные электронная карта и
Видеоизмерительная система и что работники ОАО «РЖД», выполняющие
свою работу локально, будут выполнять её в новой ГИС, постоянно
поддерживая таким способном ГИС в актуальном состоянии без
дополнительных затрат, то стоимость содержания такой ГИС будет и вовсе
скромной, а основные затраты придутся на электроэнергию и поддержание в
рабочем состоянии аппаратной части и измерительной аппаратуры.
Освободившиеся средства можно направить на разработку
электронного помощника поездного диспетчера, у которого должна
появиться возможность строить наиболее быстрый маршрут с учётом путей
пропуска, допускаемых скоростей, подъёмов и уклонов; прокладывать
наиболее дешёвый маршрут в зависимости от тарифной политики и бонусной
программы по отдельным железнодорожным направлениям или аварийный
маршрут при вынужденной остановке поезда с использованием оставшихся
свободных путей. Также построение наиболее быстрого и наиболее дешёвого
маршрута будет актуально для пассажиров и грузоотправителей.