собой разнообразными каналами передачи информации. Для того, чтобы уменьшить вероятность неудачи, в таких проектах предусматривается обычно центральная организация, отвечающая за архитектуру и целостность системы. Некоторые части системы нередко выполняются по субконтрактам другими компаниями. Таким образом, команда разработчиков никогда не собирается вместе, она распределена в пространстве и, - так как в больших проектах происходит постоянное обновление кадров, - во времени.
Если за создание большой системы возьмется разработчик, который занимался написанием в оконной среде небольших программ, рассчитанных на одного пользователя, его несомненно испугают возникающие проблемы; возможно, даже настолько, что он сочтет глупостью попытку создать такую программу. Но действительность такова, что большие системы должны строиться. И в некоторых случаях глупо не попытаться. Вообразим себе ручное управление авиационными полетами во круг столичного аэропорта, систему жизнеобеспечения космической станции, зависящую от 'человеческого фактора' или ведение учета в международном банке, выполняемое на счетах. Успешная автоматизация таких систем приводит не только к решению очевидных проблем, но и приносит множество неожиданных выгод: снижение эксплуатационных расходов, повышение надежности, увеличение функциональных возможностей. Конечно же, ключевое слово здесь - успешная. Из всего сказанного понятно, что создание больших систем - чрезвычайно трудная задача. Поэтому при ее решении необходимо применять все лучшее из инженерной практики и использовать интуицию ведущих проектировщиков.
В этой главе представлена как раз такая задача. Она демонстрирует, как объектно-ориентированное проектирование облегчает выполнение сверхбольших программных проектов.
12.1. Анализ
Определение границ проблемной области
Для большинства люден, живущих в США, поезда являются символом давно ушедшей эпохи. В Европе и странах Востока ситуация совершенно противоположная. В отличие от США, в Европе мало национальных и международных автомобильных магистралей, а цены на бензин и газ сравнительно высоки. Поэтому поезда составляют основу транспортной сети континента; по десяткам тысяч километров путей ежедневно перевозится множество людей и грузов - и в отдельных городах, и между различными странами. Ради справедливости отметим, что в США поезда играют по-прежнему важную роль в перевозке грузов. С разрастанием городов их центры становятся все более и более перегруженными, и на легкий рельсовый транспорт возлагаются надежды решить проблему перегрузки и загрязнения окружающей среды двигателями внутреннего сгорания.
Железные дороги по-прежнему являются коммерческими и, следовательно, они должны быть прибыльными. Железнодорожные компании обязаны постоянно поддерживать баланс между требованиями экономии и безопасности и нарастающей интенсивностью перевозок с одной стороны и эффективным и предсказуемым расписанием - с другой. Эти противоречия наводят на мысль, что решения об управлении движением поездов необходимо принимать автоматически, и, в том числе, производить контроль за всеми элементами железной дороги с помощью компьютера.
Такие автоматические и полуавтоматические системы сегодня существуют в Швеции, Великобритании, Германии, Франции и Японии [1]. Подобная система, называемая Продвинутой Системой Управления Железнодорожным Транспортом, была разработана в Канаде и США с участием следующих компаний: Amtrak, Burlington, Canadian National Railway Company, CP Rail, CSX Transportation, Norfolk and Western Railway Company, Southern Railway Company, Union Pacific. Эффект от каждой из этих систем был и экономический, и социальный; результатом их внедрения стало снижение эксплуатационных затрат, повышение эффективности использования ресурсов, безопасность.
Требования к системе управления движением
Система управления движением выполняет две главные функции: выбор маршрутов железнодорожных перевозок и контроль систем, обеспечивающих перевозки. Эти функции включают: планирование перевозок, контроль местонахождения поездов, контроль за перевозками, предотвращение конфликтов, прогнозирование нарушении, регистрацию всех операций. На рис. 12-1 показана схема основных элементов системы управления движением [2].
Система анализа и отображения информации на локомотиве состоит из множества дискретных и аналоговых датчиков для контроля за такими параметрами, как температура, давление масла, количество топлива, напряжение и сила тока на генераторе, число оборотов вала двигателя в минуту, температура воды, тяговая мощность. Значения параметров с датчиков поступают к машинисту через дисплейную систему, а к диспетчеру и обслуживающему персоналу вне поезда - через сеть. Предупреждение или сигнал тревоги выдается и регистрируется всякий раз, когда показания датчика выходят за пределы нормального режима. Журнал показаний датчиков используется при проведении эксплуатационных работ и для управления расходом топлива.
Система управления энергией в режиме реального времени подсказывает инженеру поезда, как наиболее эффективно использовать установку. Входными данными для этой системы являются: профиль и качество пути, ограничения по скорости, расписание, загрузка поезда, максимальная развиваемая мощность. Исходя из этих данных, система может определить оптимальный по расходу топлива режим работы двигательных установок, согласующийся с заданным расписанием и требованиями безопасности. Рекомендации системы, профиль и качество пути, местоположение и скорость поезда могут отображаться с помощью бортовой системы индикации.
Бортовая система индикации обеспечивает человеко-машинный интерфейс для машиниста. На нее может выводиться информация из системы анализа и отображения информации на локомотиве, системы управления энергией и блока управления данными. Специальные клавиши позволяют машинисту просматривать различные данные.
Блок управления данными представляет собой шлюз между всеми бортовыми системами поезда и глобальной сетью передачи данных, к которой подключены все поезда, диспетчеры и прочие пользователи.
Отслеживание маршрутов движения поездов осуществляется с помощью подключенных к сети передачи данных ответчиков местоположения и глобальной спутниковой системы указания местоположения (GPS, Global Positioning System) Navstar. Система анализа и отображения информации на локомотиве может вычислять пройденный путь с помощью счетчика, подсчитывающего число оборотов колеса. Эта информация дополняется данными ответчиков местоположения, которые размещены через каждый километр пути или чаще (на важнейших развилках). Ответчики передают информацию о себе на проходящие поезда (используя блок управления данными), что позволяет более точно определить местоположение. Кроме того, поезд может быть оснащен приемниками GPS, с помощью которых его географическое положение может быть определено с точностью до метра.
Блок интерфейса путевых устройств размещается там, где есть какое-либо управляемое устройство (например, стрелка), или датчик (например, инфракрасный датчик для обнаружения перегрева подвесок колес). Каждый блок интерфейса получает команды (например, команды на включение и выключение сигнала) от локального наземного контроллера. Устройства могут быть переведены в ручной режим управления. Кроме того, каждое устройство может сообщать свои установочные параметры. Наземный контроллер транслирует информацию на блоки интерфейса путевых устройств и обратно, а также на проходящие мимо поезда и обратно. Контроллеры расположены вдоль железнодорожного пути через такие расстояния, чтобы любой поезд всегда находился в зоне действия хотя бы одного из них.
Каждый наземный контроллер передает свою информацию на объединенную систему управления сетью. Связь между системой управления сетью и наземным контроллером может осуществляться по радио в микроволновом диапазоне, по наземным линиям или по оптоволокну в зависимости от удаленности данного контроллера. Система управления сетью обеспечивает функционирование всей сети. Она может
