ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЕДИНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПАССАЖИРОПОТОКОВ ГОРОДСКИХ АГЛОМЕРАЦИЙ

DESIGNING A UNIFIED INFORMATION SYSTEM FOR MONITORING PASSENGER FLOWS OF URBAN AGROMERATIONS

Daria Petrova

student (master), Institute of Information Technologies, Department of Practical and Applied Informatics, MIREA - Russian Technological University,

Russia, Moscow

Тематика городских агломераций, их развитие и состав является достаточно актуальной для изучения. Первой причиной такого внимания стало стремительное увеличение числа городских агломераций по всему миру. Второй причиной стали результаты многочисленных исследований, подтверждающие сильное влияние современного этапа развития общества на сжатие социально-экономического пространства, увеличение концентрации населения и хозяйственной деятельности на территории крупнейших городов и их периферийных зонах [1].

Формирование стратегических направлений развития транспорта должно осуществляться в тесной взаимосвязи с общими направлениями и масштабами социально-экономического развития страны, а также с глобальными общемировыми стратегическими тенденциями в экономике. В сфере транспорта в России в последние годы была проведена необходимая модернизация инфраструктуры, что позволило удовлетворить растущий спрос на пассажирские и грузовые перевозки и создать определенный задел для дальнейшего развития [2][3].

Эффективная работа транспортной инфраструктуры возможна только в случае своевременного реагирования на изменения её текущего состояния. В данном случае наиболее эффективно отслеживать происходящие изменения в реальном времени, что даст возможность незамедлительно реагировать на них.

Сегодня, проблема необходимости отслеживания состояния работы транспортной системы в реальном времени зачастую решается внедрением специализированных систем мониторинга. Подобные системы, как правило, осуществляют мониторинг пассажиропотоков города, загруженности транспортной сети, учёт транспортных средств и их расписания движения по маршрутам и т.п. Такие информационные системы и их интеграция с другими системами города является неотъемлемой частью концепции «Умного» города, в частности вводится понятие «Умного» транспорта. «Умный» город — это концепция информатизации города, включая интеграцию всех коммуникационных и информационных технологий с целью эффективного управления городской системой.

На сегодняшний день практически в каждом крупном мегаполисе интегрирована автоматизированная система мониторинга пассажиропотоков. Пассажиропоток — это движение пассажиров в одном направлении вдоль одного маршрута. Совокупность маршрутов передвижения пассажиров внутри городской агломерации образует большое количество пассажиропотоков, различающихся масштабом и ключевыми характеристиками. Среди используемых сегодня систем мониторинга пассажиропотоков, практически все специализированы на предоставлении информации государственным учреждениям и служащим. Ни одна из систем подобного рода не реализует всеобъемлющий доступ к информации, как для городской власти и юридических лиц, так и для конкретных потребителей, в лице граждан.

Таким образом, актуальной является задача внедрения единой ИС, позволяющей осуществлять мониторинг пассажиропотоков городских агломераций в режиме реального времени. Для построения единого информационного пространства необходимо, чтобы внедряемая информационная система отвечала следующим критериям: осуществляла мониторинг состояния транспортной инфраструктуры агломерации в реальном времени; имела низкую погрешность при анализе ключевых показателей пассажиропотоков; осуществляла мониторинг всех видов общественного транспорта; была интегрирована с существующими информационными системами «Умного» города; была аддаптирована для всех групп пользователей (физических лиц, юридических лиц и государственных служащих); была доступна с большинства современных платформ. Однако, анализ существующего рынка показал, что среди подобных систем не существует той, функционал которой удовлетворял всем описанным выше критериям. Исходя из этого, было принято решение, что необходимо спроектировать новую информационную систему мониторинга пассажиропотоков, отвечающую всем необходимым критериям.

Для описания иерархии функций ИС требуется выделить ее основные и второстепенные функции. На основе спроектированного дерева функций системы осуществляется формирование структуры ИС на основе функциональных модулей. Формирование дерева функций представляет процесс декомпозиции целевой функции и множества основных и дополнительных функций на более элементарные функции, реализуемые на последующих уровнях декомпозиции.

На Рисунке 1 представлено дерево функций системы мониторинга пассажиропотоков городской агломерации. Целевой функцией проектируемой системы является информирование о состоянии транспортной инфраструктуры города государственных органов, физических и юридических лиц с предоставлением им возможности для взаимодействия с данной инфраструктурой.

Основные функции отражают ориентацию системы и обеспечивают условия выполнения целевой функции. В данном случае к основным функциям относятся:

• Сбор информации о состоянии загруженности общественного транспорта.
• Анализ информации о состоянии загруженности общественного транспорта.
• Визуализация информации о состоянии загруженности общественного транспорта.
• Предоставление отчётов для принятия управленческих решений.
• Предоставление площадки для взаимодействия юридических лиц по вопросам обмена рекламными услугами.

Рисунок 1. Дерево функций системы мониторинга пассажиропотоков

Дополнительные (сервисные) функции, приведенные на Рисунке 1, расширяют функциональные возможности системы, сферу их применения, способствуют улучшению показателей качества системы и обеспечивают условия выполнения основных функций.

Для реализации описанных функций, необходимо спроектировать хранилище данных разрабатываемой ИС. На Рисунке 2 представлена разработанная логическая диаграмма базы данных. На диаграмме представлены сущности БД, их атрибуты и отношения между ними.

Рисунок 2. Логическая модель базы данных ИС мониторинга пассажиропотоков

Разрабатываемая информационная система представляет собой клиент-серверное веб и мобильное приложение. Для успешного функционирования ИС необходимо реализовать: базу данных, серверную часть системы (Back-end) и клиентскую часть системы (Front-end). Запросы клиентской части ИС работают по HTTP протоколу. Для получения необходимой для выполнения запросов информации, сервер «обращается» к базе данных. Клиентская часть ИС, представляет собой SPA (Single Page Application) приложение — множество JavaScript скриптов работающих под управлением браузера пользователя [4]. Скрипты передаются пользователю при загрузке сайта. Дальнейший обмен данными с сервером осуществляется по HTTP протоколу с использованием Web API сервера без перезагрузки страницы.

Клиентская часть разрабатываемой информационной системы будет реализована как веб и мобильное приложение. Данный выбор был сделан исходя из того, что веб-приложение по умолчанию кроссплатформенно. Также это позволяет охватить максимальную аудиторию, а доступ пользователя к системе осуществляется с помощью простого перехода по ссылке на сайт. Изменения в клиентской части не требуют обновлений программного обеспечения на компьютерах пользователей, что упрощает процесс интеграций новых версий и исправления ошибок.  

Современные системы мониторинга кроме задач сбора, анализа и представления информации зачастую реализуют функциональность прогнозирования и интеллектуального анализа данных. В разрабатываемой системе также планируется реализация подобной функциональности. Однако, было принято решение осуществлять интеллектуальный анализ данных и прогнозирование в сторонней системе, реализация которой находятся вне рамок данной работы. В данной работе, необходимо лишь предусмотреть процессы интеграции с подобной системой и предоставить ей интерфейс для выгрузки необходимых данных. В качестве шины данных была выбрана система Apache Kafka, к плюсам которой можно отнести большую пропускную способность и лёгкость репликации [5]. По результатам проектирования ИС с интеграцией шины данных и сервиса анализа и прогнозирования была разработана архитектура предложенной системы. Предлагаемая архитектура проектируемой ИС представлена на Рисунке 3.

Рисунок 3. Архитектура системы мониторинга с интеграцией с сервисом аналитики и прогнозов

Таким образом, в результате выполнения работы была спроектирована модель хранилища данных ИС с выбором технологий реализации. Исходя из проделанной работы, на основе проведенного анализа, можно сделать вывод, что спроектированная система мониторинга пассажиропотоков городской агломерации, при её интеграции в транспортную инфраструктуру и широкой эксплуатации, способна решить возложенные на неё задачи: повысить эффективность в процессах управления транспортной инфраструктурой города для государственных органов, а также повысить доступность информации в процессах взаимодействия с транспортной инфраструктурой гражданами.

Для развития системы и её потенциала планируется дальнейшее расширение её функциональных возможностей. К перспективным функциям системы можно отнести:

• Внедрение алгоритмов машинного обучения и интеллектуального анализа данных, непрерывно собираемых и обрабатываемых системой для реализации интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений.
• Интеграция функциональности моделирования и прогнозирования тех или иных управленческих решений на состояние транспортной инфраструктуры города.
• Интеграция с другими системами «умного» города, такими как: система управления беспилотными транспортными средствами, система прогноза погода, система управления транспортной ситуацией (светофоры, знаки и т.д.), система административного управления городом и т.п.
• Автоматизация управления транспортной инфраструктурой города с минимизацией участия человека в принятии управленческих решений.

Список литературы:

1. Ёлшина А. А. Городские агломерации: теоретические проблемы и анализ зарубежного опыта [Электронный ресурс] — Современные научные исследования и инновации. 2015. № 7. Ч. 3. — Режим доступа. — URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/07/56419 (дата обращения: 10.02.2019).
2. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года. [Электронный ресурс]. URL: http://edu.tltsu.ru/sites/sites_content/site1977/html/media27851/2030_29_06_2008.pdf (дата обращения: 12.02.2019).
3. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 22 ноября 2008 года № 1734-р — «Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года» [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/94460/ (дата обращения: 10.02.2019).
4. Moore, J. and Klauzinski, P. (2016) Mastering JavaScript Single Page Application Development, Packt Publishing.
5. T. Dunning, E. Friedman, Streaming architecture: new designs using Apache Kafka and MapR streams., O’Reilly Media, Inc., 2016.