Projekt GCP

W celu zmniejszenia problemów związanych z narastającą ilością samochodów na ulicach, władze Sztokholmu pracują nad ulepszeniem miejskiej infrastruktury drogowej.

W roku 2001 SNRA (Swedish National Road Administration, szwedzka administracja dróg) zaczęła uruchamiać w Sztokholmie wysokiej klasy system ITS.

W listopadzie 2001 roku nastąpi otwarcie wspólnego centrum monitorującego dla miasta Sztokholmu i SNRA.

Wydarzenia te to jednak dopiero początek większych inwestycji w infrastrukturę drogową, które nastąpią w najbliższych latach. Docelowo tysiące kamer będzie dostarczać aktualne informacje o ruchu drogowym do operatorów w centrach monitorowania i użytkowników dróg poprzez Internet, telewizję, radio.

Pierwsza faza inwestycji w infrastrukturę drogową w Sztokholmie osiągnie punkt kulminacyjny podczas otwarcia tunelu Södra Länken (South Link) w roku 2003

Projekt GCP postawił przed jego wykonawcami szereg trudnych do spełnienia wymagań. Inwestycje w systemy ITS (Intelligent Traffic Systems, Inteligentne Systemy Drogowe) są zwykle długoterminowe, a powstałe w ich wyniku instalacje muszą działać przez 24 godziny na dobę przez wiele lat. Użyte technologie, jak i sprzęt muszą być niezawodne, oszczędne i pomyślane tak, aby nie stały się przestarzałe w najbliższej przyszłości.

Wydzielona sieć metropolitalna, na której opiera się GCP, musiała spełniać następujące wymogi:

• możliwość transmisji wideo, dźwięku, sygnałów alarmowych, danych, sygnałów sterujących...
• posiadanie przepustowości pozwalającej na obsługę dużego systemu ITS obejmującego po ukończeniu wiele tuneli, tysiące kamer i czujników, urządzenia nadzoru ruchu, oświetlenie, wentylację, AID/IDS (automatyczne systemy wykrywania incydentów na drogach)
• zwiększona niezawodność, ponieważ tunele muszą być zamknięte, gdy system nie działa
• implementacja mechanizmów umożliwiających nadawanie priorytetów różnym typom danych tak, aby te najważniesze były transmitowane z największą niezawodnością

Oprogramowanie obsługujące cały system musiało posiadać następującą funkcjonalność:

• ciągły zapis wideo wysokiej jakości z dużej ilości kamer bez nadmiernego obciażania sieci niepotrzebnym ruchem
• transmisja wideo wysokiej jakości z dużej ilości kamer do wielu miejsc równocześnie
• dostarczanie pojedynczych obrazów dobrej jakości do internetowegi serwisu informacyjnego o drogach
• transmisja dźwięku
• możliwość równoczesnego sterowania systemem przez wielu operatorów w różnych miejscach
• współpraca z innymi systemami
• implementacja metod i narzędzi służących do efektywnego zarządzania i konsterwacji dużego i mocno rozproszonego systemu

Projekt GCP wykorzystuje następujące komponenty:

• połączenia radiowe i światłowodowe
• Gigabit Ethernet z nadmiarowymi komponentami obsługujący transmisję muticast i QoS (Quality of Service, technika pozwalająca na zarządzanie dostępną przepustowością sieci)

Zmodyfikowana wersja systemu MoRIS umożliwiająca między innymi:

• zapis i transmisję wideo w formacie MPEG-2 i rozdzielczości D1
• generacja obrazków JPEG dla internetowegi serwisu informacyjnego o drogach
• cyfrowa transmisja dźwięku
• transmisja danych innych niż wideo i dźwięk
• zdalne sterowanie systemem
• obsługa sysgnałów alarmowych
• integracja z innymi systemami poprzez ASN.1 i SNMP
• zdalne monitorowanie, uaktualnianie i konserwacja wszystkich komponentów MoRIS

Wersja systemu MoRIS przystosowana do projektu GCP jest zbiorem mocno rozproszonych aplikacji zawierających:

• wielokanałowe, wielofunkcyjne nadajniki
• wielokanałowe, wielofunkcyjne odbiorniki
• serwery pracujące w konfiguracji nadmiarowej (z serwerami zapasowymi, przejmującymi zadania w czasie awarii)
• aplikacje klienckie pozwalające na honorowanie priorytetów użytkowników i oferujące przyjazny interfejs graficzny
• narzędzia do zdalnego monitorowania, uaktualniania i konserwacji komponentów MoRIS

Projekt GCP obejmuje następującą infrastrukturę:

• wydzielona sieć metropolitalna oparta na technologii Gigabit Ethernet używana do przesyłu danych wzdłuż dróg i tuneli jak i pomiędzy drogami a centrami monitorującymi
• sprzęt umożliwiający monitorowanie dróg (MPEG-2 w rozdzielczości D1). Docelowo, gdy cały system IT będzie gotów, zostanie zainstalowane wiele tysięcy kamer.
• informacja dla użytkowników dróg dostępna także przez Internet (www.traffiken.nu), gdzie będzie można podglądać obrazy z niektórych kamer.

Dzięki projektom i inwestycjom wykonywanymi równocześnie z GCP, Sztokholm będzie mógł się szczycić jednym z najbardziej zaawansowanych zintegrowanych systemów ITS.

W czerwcu 1999 roku TELIA MegaCom wygrała przetarg na wykonanie projektu GCP. Do 2003 roku razem z poddostawcami Telia dostarczy w ramach kontraktu:

• infrastrukturę sieciową SM (Single Mode) oraz opartą na transmisji radiowej wykonaną przez Swedia Networks, TELIA Mobile i inne firmy
• sprzęt Gigabit Ethernet udostępniony przez TELIA IT Service
• oprogramowanie wideo oparte na systemie MoRIS utworzonym System Service sp. z o.o. we współpracy z S-Link AB

Do września 2001 większość komponentów GCP, z wyjątkiem tunelu Södra Länken, została zainstalowana i działa w pełnej skali. W listopadzie 2001 roku nastąpi otwarcie wspólnego centrum monitorującego dla miasta Sztokholmu i SNRA. Aktualnie instalowany jest sprzęt w tunelu Södra Länken. Planowane otwarcie jest ustalone na rok 2003.

Transmisja wideo zajmuje pasmo sieciowe. Im lepsza jakość obrazu, tym więcej danych musi być przesłane. Systemy ITS zawierają zwykle dużą liczbę kamer i monitorów pokrywając duży obszar terenu. Dodawanie nowego okablowania w takich warunkach jest zwykle mocno utrudnione. Dlatego też bardzo ważne jest posiadanie zapasu przepustowości ponad aktualne zapotrzebowanie - w przypadku jego wzrostu unika się wtedy kosztownych i czasochłonnych modyfikacji okablowania.

Standard Gigabit Ethernet jest aktualnie dobrze dopasowany do zastosowań, gdzie ważny jest stosunek przepustowości do ceny. Staje się on coraz bardziej popularny w zastosowaniach ITS. Gigabit Ethernet daje dodatkowo potencjalną możliwość względnie łatwego przejścia do jeszcze większego pasma sieciowego oferowanego przez aktualnie wprowadzaną technologię 10 Gigabit Ethernet bez konieczności modyfikacji oprogramowania, protokołów sieciowych itp.

Tunele są specyficznym elementem infrastruktury drogowej wymagającym zwiększonych norm bezpieczeństwa. Dlatego też segmenty sieci zainstalowane tam muszą mieć elementy nadmiarowe, tak że w przypadku awarii nie nastąpi przerwa w działaniu całego systemu.

W celu umożliwienia równoczesnego dostępu do wideo przez wielu użytkowników jednocześnie, sieć Gigabit Ethernet umożliwia transmisję danych w trybie multicast. Normalnie (w trybie unicast) każdy dodatkowy odbiorca obciąża sieć jeszcze bardziej. Technologia multicast sprawia, że przyrost liczby odbiorców nie wpływa na ilość danych przesyłanych przez sieć.

Sieć Gigabit Ethernet w projekcie GCP umożliwia stosowanie technologii QoS (Quality of Service). Pozwala ona na:

• zapewnianie strumieniom danych w sieci konkretnego pasma. Jest to ważne dla wszelkiego rodzaju danych multimedialnych, gdyż jakiekolwiek obniżenie przepustowości poniżej koniecznego minimum skutkuje gorszą jakością przekazu (skoki, przerwy i inne zakłócenia)
• obsługę sytuacji, gdy oprogramowanie żąda większego pasma, niż jest ono aktualnie dostępne. W takim przypadku dane o wyższym priorytecie muszą mieć pierwszeństwo. Jest to szczególnie ważne w systemach ITS, gdzie dane o krytycznym znaczeniu, jak sygnały alarmowe, muszą być dostarczane niezawodnie, a nagrania wideo powinne być wysokiej jakości.

W systemie GCP dane wideo są kompresowane algorytmem MPEG-2 w rozdzielczości D1. Zapewnia to wysoką jakość i płynność obrazu, który dzięki temu jest łatwiejszy do analizy. Przykładowo, w razie wypadku na drodze ważna jest możliwość póˇniejszego obejrzenia klatka po klatce co dokładnie się stało - w takich przypadkach nawet najmniejsze szczegóły grają rolę.

W przypadku wystąpienia nieoczekiwanego zdarzenia na drodze operator w centrum monitorowania naciska przycisk i zaczyna nagrywać materiał wideo. Jednak jest już wtedy za póˇno, gdyż najważniejsze rzeczy już się zdarzyły i nie zostaną utrwalone. Takie nagranie nie ma już dużej wartości.

Aby umożliwić dostęp do wideo prezentującego co się stało przed zdarzeniem, nadajniki MoRIS cały czas nagrywają lokalnie obraz z kamer. Dane te umieszczane są w bibliotece typu FIFO o wielkości ustalonej przez użytkownika. W przypadku wystąpienia sytuacji alarmowej wywołanej przez użytkownika lub inne elementy systemu, nadajnik tworzy kopię danych wideo obejmującą określony czas przed, w czasie i po zdarzeniu. Taka kopia nie zostanie automatycznie skasowana przez system.

System MoRIS umożliwia wiele sposobów publicznego (nie ograniczonego do centrum monitorowania) dostępu do danych o ruchu drogowym. Nadajniki MoRIS mogą służyć jako serwery WWW udowstępniające nieruchome obrazy z kamer, jak i mogą dostarczać dane do oddzielnych aplikacji internetowych.

Innym sposobem rozpowszechniania informacji drogowych jest udostępnianie ich na żywo stacjom telewizyjnym. Cały projekt GCP z systemem MoRIS jest oparty na protokole sieciowym IP i obsługuje technologię multicast. Podłączenie do infrastruktury innych odbiorców, jak na przykład wyżej wymienione stacje telewizyjne, nie stanowi dużego problemu i nie zakłóca działania systemu.

Sprzęt zainstalowany na drogach w sytemie GCP musi spełniać wiele zadań. Wielofunkcyjne, wielokanałowe nadajniki MoRIS pozwalają na równoczesne:

• nagrywanie wideo
• transmisję wideo na żywo i nagrań
• przesył nieruchomych obrazów
• transmisja dźwięku, jedno i dwukierunkową
• odtwarzanie uprzednio nagranych komunikatów głosowych
• sterowanie innymi urządzeniami
• zbieranie i przetwarzanie danych (o alarmach i innych)
• obsługę "przezroczystego" interfejsu szeregowego
• współpracę z innymi systemami poprzez protokół ASN.1 lub/i SNMP (PLC, VMS, AID/IDS...)
• integrację ze zdalnymi modułami MoRIS służącymi do monitorowania i diagnozowania

Rozległe środowisko działania systemów ITS stawia wysokie wymagania co do komponentów w nim zainstalowanym. Elementy są rozproszone na dużym terenie i muszą wykonywać wiele zadań równocześnie. Jednocześnie położony jest nacisk na niezawodność systemu, ponieważ musi on obsługiwać miejsca o szczególnym znaczeniu, jak na przykład tunele.

Aby spełnić te wymogi, system MoRIS użyty w GCP został zaprojektowany jako rozproszony i z nadmiarowymi komponentami. Dzięki temu awaria jednego modułu (nitki sieci, serwera, nadajnika czy odbiornika) nie powoduje przestoju całego systemu, a uszkodzony element może być wymieniony bez zakłócania reszty.

W centach monitorowania operatorzy obsługują równocześnie wiele systemów. W celu ułatwienia im pracy został wdrożony wspólny interfejs użytkownika zwany CTS (Central Technical System). Oprócz tego, każdy system musi mieć swój własny intefejs pozwalający na jego obsługę niezależnie od innych. W przypadku systemu MoRIS, centra monitorujące zostały wyposażone w Odbiorniki MoRIS, Serwery Systemowe MoRIS i Stacje Klienckie MoRIS.

Stacje Klienckie MoRIS mogą działać w następujących trybach:

• typu aplikacji Windows - ikony reprezentujące elementy uporządkowane w strukturę drzewiastą, technika drag & drop, podział na nadajniki i odbiorniki...
• typu GIS - skalowalna mapa z dynamiczną wizuializacją obiektów w czasie rzeczywistym

Stacje klenckie potrafią rozstrzygać konflikty wynikające z równoczesnej obsługi komponentów przez wielu operatorów na podstawie informacji o ich priorytetach. Do stacji klienckiej może być dołączony Serwer Wideo MoRIS. Pozwala on na dostęp do wszystkich nagrań wideo utworzonych w systemie i wspomaga tworzenie kopii danych na wymiennych nośnikach.

Odbiorniki MoRIS otrzymują komendy ze stacji klienckich poprzez Serwery Systemowe MoRIS, dekodują i wyświetlają obrazy otrzymane z nadajników.

Serwery Systemowe MoRIS sterują wszystkimi komponentami systemu w czasie rzeczywistym. Ich zadaniem jest także arbitraż w sytuacjach konfliktowych na podstawie informacji o priorytetach.

Systemy ITS zawierają setki komponentów rozsianych na dużym obszarze. Monitorowanie, konfigurowanie i konserwacja takiej instalacji wymaga zaawansowanych narzędzi dających wgląd co się dzieje i gdzie, z możliwością ingerencji w działanie elementów. W pomieszczeniu adminiestracyjnym systemu GCP zainstalowane są:

• Konfigurator MoRIS dający możliwość podglądu i zmiany konfiguracji wszystkich modułów
• Serwer Diagnostyczny MoRIS monitorujący pracę innych modułów i umożliwiający zarządzanie nimi (uaktualnianie oprogramowania, podgląd parametrów i inne specyficzne czynności)

W rozległych systemach informatycznych zachodzi często potrzeba zarządzania instalacją z zewnątrz, znaczy się spoza samego systemu. Rozwiązania MoRIS umożliwiają zdalny dostęp poprzez różne media komunikacyjne, na przykład linie telefoniczne PSTN lub ISDN. Operaror z zewnątrz może uruchomić Konfigurator MoRIS lub Serwer Diagnostyczny MoRIS i poprzez swoje łącze używać ich tak, jakby pracował lokalnie.