Основы построения интеллектуальных транспортных систем автострады. Интеллектуальная транспортная система
Интеллектуальные транспортные системы являются местом соприкосновения автотранспортной индустрии и индустрии информационных технологий и базируются на двух «китах» – моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков .
Определение ИТС дает нам представление о главных целях:
- Информативность и безопасность;
- Качественно новый уровень информационного взаимодействия участников дорожного движения
Западный инженер мыслит функциями, он в первую очередь сосредоточен на том, что должна делать система. В нашем же мышлении «зашито» объектное представление о мире, нам важны реальные объекты, то есть, мы думаем прежде всего о том, как будет работать система. Это различие не столь неуловимо, как может показаться с первого взгляда.
Приведу пример. Слово «сервер» для западного инженера обозначает нечто, предоставляющее услуги, сервис. То есть, функцию. Для нашего инженера «сервер» в первую очередь это железный ящик с лампочками, то есть, объект. Для придания смысла нам приходится использовать разнообразные костыли: «серверное приложение», «почтовый сервер», «сервер очередей» и т.п. И все равно, даже с костылями нам приходится нелегко – при словах «почтовый сервер» нам все равно представляется ящик с лампочками, который отправляет почту.
Все это совсем не шутки. Мыслить объектами реального мира, конечно, можно. Но это привилегия высочайших профессионалов , которые столь виртуозно владеют функциональной декомпозицией, что стороннему наблюдателю это становится незаметно. Глядя на жонглеров в цирке тоже может показаться, что подбрасывать и ловить предметы легко и просто. Но только полные идиоты могут искренне считать, что они могут повторить трюки жонглера без обучения и тренировки. К сожалению, то, что всем очевидно в цирке, далеко не всем очевидно в технологиях.
Здесь ИТС бессильны (фото из личной мобилки)
Одной из самых болезненных проблем в проектировании информационных систем у нас является доминирование объектов и инструментов над функциональностью. Многие заказчики искренне считают, что информационные системы решают проблемы. Тогда как на самом деле информационные системы позволяют решать проблемы. Мы говорим «электродрель сверлит дыру». А на самом деле «электродрель позволяет просверлить дыру». Попадая в смысловую ловушку, мы подсознательно уверены, что покупка электродрели равна дыре в стене. А потом выясняется, что нужно уметь пользоваться дрелью, что для дрели нужно электричество, что нужно закаленное сверло определенного диаметра, что будет шум и пыль и т.д. И если в примере с дрелью мы примерно представляем себе процесс работы и можем догадаться о том, что необходимо еще кроме покупки инструмента, то в случае более сложных систем мы можем пребывать в сладкой иллюзии до самого конца проекта.
Вернемся теперь к определению ИТС и рассмотрим его в новом свете. ИТС, повторюсь, базируется на моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков. «Наш человек», прочитав определение, тут же делает вывод о том, что ему нужны:
- Система для транспортного моделирования;
- Средства регулирования транспортных потоков.
Есть теперь у нас ИТС? Наш человек однозначно ответит «да». Западный человек однозначно ответит «нет». Потому что наш человек оценивает наличие оборудования, а западный человек оценивает выполнение соответствующих функций.
Спросите нашего человека, каким именно образом закупленное им оборудование будет способствовать достижению целей (см. определение ИТС): повышать информативность, безопасность и улучшать информационное взаимодействие? Скорее всего, ответа не будет. Потому что ответ лежит в области функциональной декомпозиции, позволяющей перейти от поставленных целей к функциям будущих систем, попутно цепляя все необходимое из смежных областей.
Вопрос о применении тех или иных элементов ИТС в городе тесно связан с пониманием того, как именно мы планируем достичь целей. И переходить к техническим характеристикам оборудования нужно только после того, как мы определим основные пути решения задач.
ТРАНСПОРТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Снова возвращаясь к определению ИТС, читаем, что ИТС "это интеллектуальная система, использующая инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков ".Под словами «инновационные разработки в моделировании транспортных систем» может скрываться все что угодно, но если опираться на логику и технические знания, можно предположить, о чем идет речь.
Любая автоматизированная система управления, к которой в полной мере относится ИТС, делает одну простую вещь: она собирает информацию об объекте управления, анализирует ее и оказывает на этот объект прямое или косвенное управляющее воздействие.
Объектом управления для ИТС являются транспортные потоки. Источником информации об объекте управления являются датчики и детекторы на дороге, смежные информационные системы и ввод данных оператором.
А вот для анализа информации об объекте управления необходимо заложить в систему некое представление об этом объекте, которое и называется моделью . Детальность и точность модели определяется исключительно задачами, стоящими перед ИТС.
Транспортные модели делятся на математические и имитационные . Первые оперируют известными законами движения транспорта, представленными в виде формул, систем уравнений и т.п. Вторые имитируют движение отдельных транспортных средств, поведение водителей, работу светофоров и т.п. На практике же чаще применяется некая смесь математических и имитационных моделей.
Например, системы транспортного моделирования на макро уровне (страна, город, микрорайон) оперируют демографическими данными, понятиями «граф дорог», «зона притяжения», «транспортный спрос и предложение». В них заложены данные о проценте использования автомобилей населением, о пропускной способности улиц, о количестве парковочных мест у торговых центров. Макро-модель использует в основном математические методы моделирования и пытается ответить на вопросы: «а зачем и куда все едут?», «а хватит ли пропускной способности улиц, чтобы всех обслужить?», «а что будет, если эту улицу перекрыть?» и т.п.
Пример интерфейса программного пакета для макро-моделирования PTV Visum ()
Микро-модели оперируют конкретными объектами из «реального мира» – регулируемый перекресток, транспортная развязка, сеть улиц, автомобиль. При этом микро-модель «знает» о количестве полос движения, о наличии подъемов/спусков, о характеристиках двигателей автомобилей (как быстро они могут тронуться), о правилах движения и остановки. Чтобы микро-модель заработала на полную мощность, ей на вход необходимо подать информацию из макро-модели: количество и состав транспортных средств в определенные моменты времени (сколько легковых и сколько грузовых машин, сколько автобусов, трамваев и т.п.), особенности поведения водителей (часто ли перестраиваются, как часто следуют указаниям знаков и табло, соблюдают ли правила парковки). Если данные макро-уровня верны, микро-уровень позволяет с высокой точностью имитировать реальный транспортный поток.
Пример интерфейса программного пакета для микро-моделирования Aimsun ()
Основным назначением транспортных моделей является проведение экспериментов . Мы можем проверить, как те или иные изменения в организации движения отразятся на трафике. Мы можем настроить светофоры, принять решения о расширении улицы, о запрете или разрешении поворотов, об организации одностороннего движения. Модель поможет разработать временные планы организации движения на период проведения крупных мероприятий – соревнований, уличных парадов и т.п. На уровне города транспортное моделирование позволит принять решение о последствиях для транспортной обстановки строительства очередного торгового центра или нового микрорайона. Другими словами, транспортная модель – незаменимое средство по благоустройству города без тяжких последствий.
Чем точнее модель, тем больше разнообразной информации она хранит. Поддерживать модель в актуальном состоянии означает отражать в ней все изменения реального мира – перекрытия движения, ремонты дорог, появление новых дорог, светофоров, полос движения, жилых районов, школ, офисов и торговых площадей. Поддержание модели в актуальном состоянии – это трудоемкий и ответственный процесс, предъявляющий высокие требования к квалификации персонала, к организации внутренних процессов, к качеству и стабильности информационных каналов.
Согласитесь, мало кто у нас изначально задумывается над тем, что же действительно стоит за словами инновационные разработки в моделировании транспортных систем . Ведь организовать подобного уровня процесс, обучить людей, оплачивать их труд, договориться о предоставлении качественных исходных данных с разными ведомствами равносильно гражданскому подвигу в нашей стране! И это уж точно не то же самое, что покупка и инсталляция на компьютер системы моделирования.
ФУНКЦИИ ИТС
Когда мы разобрались с моделированием и моделями, можно переходить к функциям ИТС.Вообще говоря, необходимость в ИТС при подобной постановке вопроса совсем не очевидна. Вполне вероятно, что большинство проблем удастся решить грамотным использованием имеющихся технических средств организации движения. Но когда имеющихся технических средств недостаточно, встает вопрос об использовании ИТС.
Не будем отходить от определения ИТС, и вспомним, что ИТС это не только "инновационные средства регулирования ", но еще и система, "предоставляющая конечным потребителям большую информативность и безопасность ".
Под «инновационными средствами регулирования» в условиях города понимают чаще всего сетевое координированное управление светофорами (так называемые «умные светофоры») и размещение цифровых информационных табло на развилках.
Также к средствам информирования относятся интернет-сайты для планирования поездок (наподобие известного сервиса Яндекс-пробки) и сервисы информационной поддержки водителей во время путешествия (разнообразные навигационные сервисы). Все это на самом деле тоже подсистемы ИТС, и в западных странах они являются частью единого информационного пространства.
Об «умных светофорах» я уже как-то писал на Хабре (ссылка), здесь же ограничимся быстрым пунктиром. Объединение светофоров в сеть само по себе очевидно и полезно, учитывая дешевизну электроники в наше время. При наличии системы уличного видеонаблюдения это позволит как минимум регулировать светофоры вручную, сидя в теплом офисе, а не стоя на грязной обочине с пультом.
Светофоры «умнеют» если перекресток снабжают системой детекторов транспорта, а в центре начинает работать специальный алгоритм. Необходимость в «умном» светофоре, а также настройки алгоритма управления определяют при помощи транспортной модели и специального «светофорного» модуля, позволяющего рассчитать начальные параметры цикла регулирования и определить границы автоматического управления.
Пример интерфейса программного пакета для конфигурирования «умных» светофоров TRANSYT (источник - «TRANSYT 14 User Guide»)
Точно так же определяется место установки цифровых табло и информация, которая на них будет выводиться в том или ином случае.
Очевидно, что элементы ИТС, устанавливаемые на городских улицах, должны заноситься в модель, и модель должна «знать» об алгоритмах работы адаптивных светофоров, табло и т.п. Например, для табло, рекомендующего выбирать для движения улицу А, а не улицу Б, в модели действует правило, что 80% автомобилистов последуют совету, а 20% традиционно проигнорируют, что тут же отразится на транспортных потоках. Современные системы моделирования умеют имитировать показания детекторов, размещаемых на виртуальных улицах, воздействие электронных табло и переменных знаков скоростных ограничений на транспортные потоки, позволяют создавать сложные управляющие сценарии в виде, пригодном для использования в ИТС. Пример сценария реагирования для ИТС: «Если детектор Х зафиксирует плотность потока 70%, то вывести на табло Y надпись M включить на светофоре Z режим N».
Управляющих сценариев может быть несколько сотен, при этом система транспортного моделирования может позволять автоматизировать процесс их генерации.
То есть, ИТС это не только оборудование на столбах и центр управления с громадным экраном. ИТС это в первую очередь интеллект – управляющие алгоритмы на основе моделирования реальных транспортных ситуации, а также процессы их составления, тестирования и внедрения.
Во второй половине прошлого века к профессиональным специалистам стало приходить понимание и осознание того, что потенциальные возможности индустриальной экономики практически исчерпали себя для роста экономической эффективности. В это время стали формироваться, развиваться и распространяться способы, методы, технологии, элементы и системы интеллектуальной экономики. Данное обстоятельство привело к появлению и развитию интеллектуального менеджмента, маркетинга, логистики и других концепций управления, как показывают анализы данных статистики и тематики научных школ . Международная, трансграничная и национальная логистики становятся постепенно интеллектуальными и требуют формирования понятия, миссии, целей задач, функций, интегральной логики, принципов и методов, стратегии и тактики интеллектуальных логистических систем. А также непосредственного участия всех структурных элементов в эволюции цепей поставок в международной логистике, использования современных инновационныхи информационных технологий в логистике. Интеллектуальная транспортная логистическая система является основной частью интеллектуально логистики. Интеллектуальная транспортная система (ИТС, англ. Intelligenttransportationsystem) - это такая интеллектуальная система, которая использует инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков, предоставляющая конечным потребителям большую информативность и безопасность, а также качественно повышающая уровень взаимодействия участников движения по сравнению с обычными транспортными системами. История создания и развития ИТС берет своё начало в 1980 -х годах в таких странах, как США, Япония, а также страны Европы. На сегодняшний вместе с Японией самыми передовыми технологиями в области ИТС выступают на мировом уровне Сингапур и Южная Корея. Интерес к изучению и внедрению ИТС связан с возникновением проблемы дорожных заторов, следовательно, возникла необходимость в объединении современных технологий моделирования, управления в реальном времени, а также коммуникационных технологий. Дорожные заторы - результат увеличивающейся автомобилизации, урбанизации, а также как роста населения, так и увеличивающейся плотности заселения территории. Они уменьшают эффективность дорожно-транспортной инфраструктуры, увеличивают время пути, расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды. Последняя деятельность правительства в области ИТС дополнительно мотивируется увеличением внимания к внутренней безопасности, так как многие из предложенных систем ИТС также включают наблюдение за дорогами, что является приоритетом национальной безопасности. Главный фактор внедрения ИТС - участие государства очень важно для создания всех условий для формирования единой ИТС. Государство может обеспечить: все условия для разработки единой национальной информационной и коммуникационной базы сбора данных и оповещения, безопасность этих данных для их использования, поддержку, то есть финансирование и продвижение исследований в области новейших технологий в этой сфере. Например, в Европейском Союзе благодаря участию государств при разработке единой ИТС было проведены следующие мероприятия: анализ транспортных сетей, автоматическое определение мест дорожно-транспортных происшествий, информирование граждан благодаря специальным навигационным системам о состоянии дорожного движения. Зарубежный опыт внедрения ИТС. Сингапур. В Сингапуре на дорогах присутствуют детекторы транспорта, которые стоят на каждых 500 метрах, а также видеокамеры - на каждом километре трасс, причём ими оборудован каждый светофор и городские автобусы. Также каждое такси оборудовано транспондерами - приборами, которые позволяют отслеживать нахождение машины и её скорость. Вся информация, полученная с этих средств, собирается единым центром управления дорожного движения. Также зелёный свет на зебре включается нажатием кнопки на светофоре (GREEN LINK DETERMINING (GLIDE) SYSTEM) , а пожилые люди или инвалиды могут приложить к ней свою специальную смарт-карту, что увеличит время перехода на противоположную сторону (GREEN MAN +) . В Сингапуре действует планировщик поездок, который базируется на такси, потому что все машины имеют GPS-датчики, которые собирают и направляют информацию о перемещениях в диспетчерскую. С помощью этих данных вычисляется средняя скорость движения по основным автомагистралям, и планировщик корректирует выдаваемую информацию. Также существует программа камер J-Eye, установленных в Сингапуре, с помощью которой можно отслеживать пробки и автомобили, которые припаркованы с нарушением правил дорожного движения . Активно используются радиоканалы, по которым передаются сводки о загруженности ключевых дорог и развязок. В часы пик информирование граждан учащается. Такой же пример оповещения водителей можно встретить в Сеуле (Республика Корея), но в отличие от Сингапура, такой вид уведомления в этом городе действует на государственном уровне, то есть на государственном радиоканале. Также в Сингапуре, как и в Сеуле и Гонконге, можно следить за движением транспорта в режиме онлайн. Япония. В Японии около трасс располагаются фиксированные приборы и датчики движения, которые помогают собирать информацию о ситуациях на автомагистралях в Информационный центр Дорожного движения, через который собранные и отредактированные данные о дорожных пробках, ДТП или ремонтных работах передаются на навигационные системы транспортных средств пользователей. Также очень важна информация от самих участников дорожного движения, которые могут её отправлять через свои мобильные устройства . В Японии также действует система мониторинга местоположения автобусов, но эта система не так популярна, так как этот вид транспорта пользуется низким спросом у горожан. Основа ИТС Японии - система автомобильной информации и связи (VICS), на базе которой делают навигаторы для машины и через которую можно получить GPS-данные о загруженности дорог и объездных путях. Данные передаются с специальных придорожных передатчиков и маяков, которые и установили ещё в 1995 году. Соединенные Штаты Америки. США используют стандарт DSRC(перев. Выделенные связи малой дальности), продвигаемый американской общественной организацией интеллектуального транспорта и департаментом транспорта США . DSRC-односторонний или двусторонний беспроводной канал связи, а также набор протоколов и стандартов, который специально предназначен для автомобильного использования. Эта система позволяет осуществлять аварийные предупреждения для автомобилистов, адаптивный круиз-контроль, предупреждение о лобовом столкновении, осмотр транспортного средства безопасности, электронные платежи парковки, электронный сбор пошлин, сбор данных датчиков, предупреждение о возможности перевернуться, коммерческое оформление и безопасность инспекционных транспортных средств. В городе Бостоне можно увидеть противопожарные датчики и детекторы загрязнения воздуха, которые находятся на протяжении в Десятиполосного Большого бостонского тоннеля, так как в тоннелях сложно зафиксировать с камер наблюдения различные возгорания или технические неполадки, где они предоставляют наибольшую опасность. Китай. В Китае в Гонконге существует единая система проезда Octopus (такие же встречаются в Республике Корея - T-Money), с помощью которой можно оплачивать проезд на всех видах общественного транспорта, парковку, а также как приятный бонус - мелкие покупки в супермаркетах и билеты в кино . Также в Гонконге действует единая система управления светофорами, которая управляет транспортные и пешеходные светофоры с помощью сенсорных проводов, расположенных под асфальтом. Эти провода определяют количество скопившихся на дороге машин, поэтому зелёный свет начинает гореть дольше на том направлении, на котором стоит большее число машин. Зачастую из нескольких близко расположенных дорог делают «зелёную» зону (улицу), чтобы поток, пройдя один перекрёсток, не задерживался на другом. Каждый водитель может приобрести специальную электронную программу, содержащую интерактивную карту дорог (RoadNetworkData) со всеми уличными знаками и специальными сигналами (DigitizedTrafficAidsDrawings), а также статистическими данными о пробках (TrafficCensusData). Обновления этой программы выходят регулярно. В Гонконге, как и в Нью-Йорке на транспортном узле Ла Гуардия, дорожные знаки оснащены светодиодами, которые лучше видно в темноте, а также они существенно экономят электричество. В зависимости от времени суток и загруженности определённого участка дороги включаются разные по цвету индикаторы. Австралия. В городе Брисбене существует полезная функция для водителей - система помощи при парковке. Суть заключается в специальных мониторах, на которых транслируется информация о свободных местах, а также около 10 адресов ближайших парковок. Эта компьютерная система действует благодаря системе Wi-Fi. Через город Брисбен проходит многополосное шоссе до аэропорта Квинсленда. Вдоль полос шоссе установлены специальные камеры, которые фотографируют номер машины, далее происходит идентификация владельца, с кредитной карты которого списывается необходимая плата за проезд. Это помогает избежать многокилометровых пробок. К сожалению, развитие ИТС в России, по мнению автора, осуществляется медленными темпами.
К 2013 году в Москве должна появиться интеллектуальная транспортная система (ИТС). За 210 миллионов долларов в ее пилотный проект должны войти единый диспетчерский центр, умные светофоры, уличные табло с информацией о пробках и объездных путях. ГЛОНАСС станет базовой навигационной системой. Мировые пионеры в индустрии ИТС - Корея, Сингапур и Япония, отдельные составляющие таких систем встречаются в Бостоне, Нью-Йорке, Лос-Анджелесе, Брисбене и Франкфурте. The Village проанализировал иностранный опыт и составил универсальный список обязательных элементов умной транспортной системы.
ПАССАЖИРАМ И ПЕШЕХОДАМ
В корейском Пусане центр управления транспортом оперирует терминалом автобусной информации. Он передает информацию на остановки (U-Shelter), где пассажиры могут узнать, почему маршрут задерживается. Терминал связан непосредственно с каждым автобусом. Если интерактивный экран на остановке не работает, то можно позвонить на горячую линию. В Сеуле работает точно такая же система, корейцы даже создали бесплатное автобусное приложение для iPhone. В английском Лестере динамическими табло с информацией о задержках автобусов оборудованы 22 маршрута и 250 машин. Информационного экрана на остановках нет, но можно отправить СМС-запрос за 25 пенсов и узнать, когда будет транспорт.
Единая карта оплаты проезда в Гонконге называется Octopus, в корейских городах Сеуле и Пусане - T-Money. С помощью таких карт можно оплачивать не только проезд на всех видах общественного транспорта, но и парковку, мелкие покупки в супермаркетах и билеты в кино. У проездного во Франкфурте-на-Майне нет такого набора возможностей, но он позволяет пересаживаться с электрички на метро и трамвай.
В Сингапуре на зебрах зелёный свет включается нажатием кнопки. Причём пожилой человек или инвалид может приложить к специальному считывателю свою смарт-карту, и у него будет больше времени для перехода на другую сторону улицы.
В Гонконге на нескольких дисках можно приобрести специальную электронную программу, которая содержит интерактивную карту дорог (Road Network Data) со всеми уличными знаками и спецсигналами (Digitized Traffic Aids Drawings) и данными по статистике пробок (Traffic Census Data). Для курьерских компаний Гонконга эта программа зачастую нужнее, чем бухгалтерское ПО. Обновления выходят регулярно.
ВОДИТЕЛЯМ
Систему автомобильной информации и связи (VICS) специалисты называют основой любой интеллектуальной транспортной системы. В Токио придорожные передатчики и маяки для неё установили ещё в 1995 году. Тогда же ведущие автопроизводители Японии стали делать навигаторы для машин с поддержкой VICS, и уже через несколько лет вся страна оказалась охвачена динамической информационной сетью. С её помощью всегда можно получить через GPS данные о загруженности дорог и возможных объездных путях.
По радиоканалам дорожных сообщений в Сингапуре и Сеуле регулярно передают сводки о загруженности ключевых участков и развязок. В час пик выпуски учащаются. Таких каналов может быть несколько: в Сингапуре работает четыре, а в Сеуле это официальное государственное радио.
Посетив многофункциональный транспортный портал корейского Инчхона, можно оценить ситуацию на дорогах и посмотреть трансляции с уличных вебкамер. Транспортная компания также предлагает интерактивную карту дорог - мини-копию диспетчерского центра. За движением транспорта в городе можно также наблюдать онлайн в Гонконге и Сингапуре.
Планировщик поездок в Сингапуре базируется на такси, потому что все машины имеют GPS-датчики, передающие информацию о перемещениях в диспетчерскую. Далее вычисляется средняя скорость движения по основным дорогам, чтобы постоянно корректировать данные планировщика, к которому можно обратиться и по телефону. Подобная система также работает во Франкфурте, но опирается в основном на веб-портал.
Дорожные знаки на светодиодах лучше видно, плюс они экономят электричество. Знаки, как и все внешние устройства ИТС, подключены к запасным генераторам и в случае коллапса продолжают работать. В гонконгской системе разные индикаторы включаются в разное время суток и в зависимости от загруженности соответствующего участка дороги. 27 светящихся табло в Нью-Йорке работают на транспортном узле аэропорта Ла Гуардия.
Система помощи при парковке в австралийском городе Брисбене - это мониторы с информацией о свободных местах, одновременно на таком экране высвечивается 6–7 адресов ближайших парковок. Центральная компьютерная система связана с ними через Wi-Fi.
Многополосное шоссе Gateway Motorway проходит через австралийский Брисбен и ведет на северо-восток, к аэропорту и на побережье штата Квинсленд. Здесь скапливались многокилометровые пробки. Дорогу решили сделать платной, но скопление машин на пунктах сбора денег только усугубило ситуацию. Автомобили выстраивались в гигантские очереди. В 2007 году на шоссе установили камеры, которые фотографируют номер машины - плата за проезд списывается с кредитной карты её владельца. Также запустили сайт , где каждый может проверить баланс и настроить подходящий режим оплаты.
ВЛАСТЯМ
С помощью камер J-Eye, установленных в Сингапуре, можно отслеживать пробки, а также неправильно припаркованные автомобили. В январе этого года за дорогами наблюдало более трёхсот таких камер с высоким качеством картинки и 1 453 обычных камер безопасности. Эвакуаторы прибывают на места аварий в среднем за 15 минут.
Система управления светофорами регулирует транспортные и пешеходные светофоры. На перекрёстках и развязках проложенные под асфальтом сенсорные провода определяют примерное число машин, скопившихся на данном направлении, и зелёный свет горит дольше для той магистрали, на которой нагрузка сейчас больше. В Гонконге из нескольких близко расположенных пересечений дорог часто делают одну «зелёную улицу», чтобы поток, свободно пройдя один перекрёсток, не задерживался на соседнем. В 2005 году компьютеризованные светофоры Лос-Анджелеса стали на поворотах первыми пропускать автобусы, в результате скорость езды автобусов по городу возросла на четверть.
Противопожарные датчики и детекторы загрязнения воздуха чаще всего необходимы в тоннелях, где возгорания и технические неполадки сложно засечь с камер наблюдения и где они представляют наибольшую опасность. Десятиполосный Большой бостонский тоннель - длинный подземный отрезок шоссе I-93, проходящий прямо под центром города - располагает несколькими десятками таких устройств.
Ростех активно участвует в развитии интеллектуальной транспортной системы (ИТС) Москвы. Благодаря инновационным решениям российская столица – в числе самых «умных» городов мира.
Сегодня серверы ИТС контролируют работу более 10 тыс. единиц общественного транспорта, ежедневно «переваривают» поток в несколько миллионов автомобилей, помогая москвичам и гостям столицы передвигаться по городу быстрее. О том, что представляет собой интеллектуальная транспортная система, ее внедрении в столице, задачах и возможностях, а также о новом «транспортном каркасе» Москвы – в нашем материале.
Интеллектуальный транспорт – основа современного мегаполиса
По сути ИТС – отлаженный механизм, который включает в себя все, что связано с движением в городе в режиме нон-стоп. Это «умная» система, которая использует инновационные разработки, чтобы регулировать транспортные потоки, разгрузить дороги и сделать их безопаснее, обеспечить бесперебойное движение наземного пассажирского транспорта.
В такой интеллектуальной системе нуждается каждый мегаполис. Одной из первых стран, взявшихся за разработку ИТС, стала Япония. С 1995 года в Токио развивается система автомобильной информации и связи (VICS), с помощью которой водители получают через GPS данные о загруженности дорог и возможных объездных путях.
Еще одна из стран-первопроходцев в развитии ИТС – Сингапур. Здесь на дорогах через каждые 500 метров установлены детекторы транспорта, на трассах – видеокамеры через каждый километр, а все светофоры и автобусы оборудованы системой видеонаблюдения. Вся информация передается в единый центр управления дорожного движения.
В Москве эскизно-технический проект ИТС был разработан в 2011 году. В это же время начались работы по оборудованию техническими средствами ИТС улично-дорожной сети города и наземного транспорта. В частности, транспорт стал оснащаться системой слежения ГЛОНАСС, на улицах появились информационные табло, установлены камеры фиксации нарушений правил дорожного движения.
В полном объеме ИТС Москвы заработала к концу 2016 года. Сейчас в систему входит несколько десятков тысяч различных объектов: 40 тыс. светофоров, свыше 3,5 тыс. датчиков движения транспорта, порядка 2,7 тыс. камер телеобзора, около полусотни метеостанций, а также дорожные табло информации, системы связи и серверного оборудования. Работа всех этих объектов регулируется многоуровневой системой управления.
ИТС «разрулит» в режиме нон-стоп
Таким образом, ИТС позволяет одновременно выполнять несколько задач – автоматически фиксирует нарушения правил дорожного движения, управляет светофорами, мониторит условия движения в реальном времени, а также информирует участников движения (о дорожных условиях и ситуациях, графиках движения общественного транспорта, наличии свободных мест на парковках и т.д.).
Управляет всем этим центральное звено ИТС – Ситуационный центр ЦОДД. «Умный» город в режиме нон-стоп в огромном объеме производит данные. В общей сложности каждый день в ЦОДД поступает более 350 млн пакетов данных – информация с детекторов транспорта, комплексов фотовидеофиксации, треков бортового оборудования подвижного состава, а также данные общественного транспорта и видеокамеры. Серверы ИТС обрабатывают информацию и контролируют работу более 10 тыс. единиц общественного транспорта. Также система следит за примерно 120 тыс. автомобилей такси и машинами каршеринга – больше 17,5 тыс. транспортных средств.
Ростех для «умного» транспорта
До сих пор ИТС обслуживалась силами самого ЦОДД и разных подрядчиков, которые обслуживали отдельные системы, но сейчас принято решение отдать содержание системы одной компании.
В 2018 году контракт на обслуживание ИТС Москвы до 2023 года заключил холдинг «Швабе», входящий в структуру Ростеха. Максимальное число объектов, контроль за работой которых взяла на себя организация, составило 3700 датчиков мониторинга транспортных потоков, 2860 светофорных объектов, 175 дорожных табло, 2700 камер телеобзора и 48 метеостанций.
Одно из главных преимуществ «Швабе» – собственные производственные мощности, развернутые по всей стране. Когда в сентябре 2015 года оптический холдинг Ростеха выиграл тендер на строительство новых и реконструкцию устаревших светофорных объектов в Москве, за первые шесть месяцев работы на улицах появилось более 6 тыс. новых светодиодных дорожных знаков и 60 светофоров. Вся техника была произведена Уральским оптико-механическим заводом имени Э.С. Яламова, входящим в состав холдинга.
Также на протяжении нескольких лет «Швабе» участвует в модернизации систем управления транспортными потоками и уличного освещения в рамках экосистемного проекта «Умный город» в крупных российских городах.
«Когда мы взялись за внедрение ИТС в Москве, то, безусловно, обращались к опыту зарубежных коллег, но обнаружили, что многие их решения попросту не подходят для России. В итоге много разработок появилось именно на наших производственных мощностях – это касается как технических решений, так и программного обеспечения», – прокомментировал участие Ростеха в построении столичной ИТС заместитель гендиректора Госкорпорации Александр Назаров.
Но знакомство с зарубежным опытом в этой сфере не приостанавливается. Так, руководство «Швабе» при посещении Сингапура, который признан одним из лидеров в развитии «умного» транспорта, посетило офис ST Engineering. В Сингапуре и других странах мира данная компания внедряет решения для ИТС, в частности, для контроля наземных, высокоскоростных и воздушных транспортных потоков. В «Швабе» отмечают, что в планах холдинга – масштабные проекты по построению ИТС любой сложности не только в России, но и по всему миру.
Первые результаты и перспективы развития
ИТС Москвы на практике показала, как новые технологии помогают «разрулить» ситуацию с пробками, сделать наши дороги безопасными, а главное, переломить с 1990-х годов тенденцию ухудшения дорожно-транспортной ситуации в столице. С момента внедрения системы в два раза снизилось число ДТП, а средняя скорость движения увеличилась на 13%. Москва стала самым безопасным городом федерального значения на территории ЦФО. И это несмотря на то, что столица намного опережает другие города по численности населения и по количеству автомобилей.
Москва показывает хорошие результаты и на мировом уровне. По результатам исследования МГУ российская столица – в десятке мегаполисов мира по уровню развития транспортного комплекса. Москва и Лондон делят второе место в рейтинге – по безопасности дорожного движения и воздействию транспорта на окружающую среду.
Об улучшении позиции Москвы в этой сфере свидетельствуют и результаты исследования McKinsey&Company. Российская столица – на шестом месте в десятке мегаполисов мира с наиболее развитыми системами городского транспорта. Первое место занял Сингапур, на шестом месте – Москва, сразу после Лондона и Мадрида. При этом по эффективности общественного транспорта столица России обошла лидера рейтинга Сингапур.
Именно усиление приоритета общественного транспорта столичные власти выбрали как одно из ключевых в развитии ИТС. Чтобы горожане активнее пересаживались на трамваи и автобусы, внедряются новые технологии. К примеру, специальные детекторы на рельсах обеспечат трамваям всегда «зеленый свет», как бы ни работал перекресток. Системы GPS-ГЛОНАСС позволят отслеживать автобусы и переключать под них светофоры.
В настоящее время отсутствует единообразное понимание термина "интеллектуальные транспортные системы".
Диапазон смешения понятий крайне широк - от отождествления с автоматизированными системами управления (АСУ) до глобального объединения информационных баз данных транспортного комплекса по всей стране и автоматической системы на основе искусственного интеллекта.
Представляется, что обобщающим может быть следующее определение:
ИТС - система, интегрирующая современные информационные, коммуникационные и телематические технологии, технологии управления и предназначенная для автоматизированного поиска и принятия к реализации максимально эффективных сценариев управления транспортной системой региона, конкретным транспортным средством или группой транспортных средств в целях обеспечения заданной мобильности населения, максимизации показателей использования дорожной сети и транспортной инфраструктуры, повышения безопасности и эффективности транспортного процесса, комфортности для водителей и пользователей транспорта.
Глобальная цель ИТС - создание системы мониторинга и управления транспортной системой в режиме реального времени для повышения качества транспортных услуг, снижения транспортных затрат, улучшения экологии и безопасности.
Цели ИТС:
повышение уровня безопасности движения;
повышение пропускной способности и провозной возможности транспортной инфраструктуры;
обеспечение высокого качества транспортного обслуживания всех пользователей;
снижение вредного воздействия транспортного комплекса на экосистему;
повышение качества планирования и управления в области транспортного комплекса и транспортной инфраструктуры;
поддержание в надлежащем состоянии транспортной сети.
Задачи развития ИТС:
обеспечение динамичного развития торгово-транспортных узлов и интермодальных перевозок грузов;
снижение издержек и увеличение скорости сообщения на всех видах транспорта на основе создания системы управления транспортными потоками в реальном масштабе времени;
сокращение количества и тяжести аварий и дорожно-транспортных происшествий;
обеспечение безопасности объектов транспортной инфраструктуры;
обеспечение оперативного автоматизированного контроля движения транспорта и оперативного управления им;
повышение информированности участников дорожного движения;
уменьшение массы выбросов вредных веществ;
развитие систем электронных платежей на транспорте.
Приоритетные подсистемы ИТС:
- 1. Мониторинг параметров транспортных потоков (обеспечение отслеживания изменения транспортных потоков на всех перегонах и на всех развязках, создание постоянно действующей транспортной модели, работающей в режиме реального времени) и т.д.
- 2. Видеонаблюдение (полное видеопокрытие сети, создание единой системы предоставления онлайн-видеоинформации, обеспечивающей оповещение дежурных служб).
- 3. Выявление инцидентов (покрытие подсистемой развязок, мостовых сооружений, мест концентрации дорожно-транспортных происшествий (ДТП).
- 4. Метеомониторинг (управление информацией о погоде на дорогах, в том числе прогнозирование погоды на дорогах, создание единой системы метеомониторинга с метеослужбами).
- 5. Информирование участников дорожного движения (предварительное информирование, информирование в процессе движения).
- 6. Управление движением (внедрение ситуационного управления дорожным движением, обеспечение координации между управлением движением на скоростных автомагистралях и управлением уличным движением).
- 7. Весогабаритный контроль (внедрение единой системы весогабаритного контроля на всех автомобильных дорогах).
- 8. Мониторинг работы дорожной техники (внедрение единой системы мониторинга дорожной техники).
- 9. Связь и передача данных (надежная и качественная связь, позволяющая обеспечивать функционирование комплекса сервисных услуг для всех участников дорожного движения).
Базовые критерии оценки эффективности реализации функций ИТС:
сокращение времени пребывания пассажиров в пути (снижение затрат времени пользователей наземного транспорта за счет сокращения средней продолжительности поездки, увеличения скорости доставки);
снижение себестоимости перевозок (снижение расхода топлива и износа транспортных средств за счет сокращения продолжительности и числа заторов, возможности заранее спланировать маршрут поездки);
снижение экологической нагрузки (уменьшение бросовой транспортной работы).
ИТС - это большой комплекс сервисных услуг, предоставляемых пользователям. Набор этих услуг может формироваться и расширяться в зависимости от поставленных целей в рамках, определяемых национальными стандартами ИТС. В ином случае гарантировано получение локальных подсистем, не сопрягающихся ни между собой, ни с системой в целом.
Формирование инновационных технологий ИТС основывается, прежде всего, на принципе модернизации, реинжиниринга действующей транспортной инфраструктуры. При масштабах транспортных систем и множестве технологий этот процесс не может затронуть все подсистемы и элементы одновременно. Отсюда следуют важные принципы поэтапного развития и модульности создания ИТС.
Идея ИТС в глобальном масштабе во многом реализована в гражданской авиации. Благодаря стандартам и руководящим документам ИКАО управление международными полетами, работой аэропортов и обслуживанием пассажиров с использованием информационных и коммуникационных технологий в концептуальном и технологическом плане гармонизированы. Все воздушные суда имеют средства связи, автономную спутниковую навигацию, системы автоматического пилотирования, предотвращения столкновений в воздухе, управления посадкой и др. Наземные службы располагают технологиями постоянного контроля и управления в условиях плотного и эшелонированного воздушного движения.
Сфера продвижения ИТС в мировой практике варьируется от решения задач в интересах общественного транспорта, существенного повышения безопасности дорожного движения, ликвидации заторов в транспортных сетях, повышения производительности интермодальной транспортной системы (включая автомобильный, железнодорожный, воздушный и морской транспорт) до экологических и энергетических проблем.
ИТС как сервисная система, классифицируя получателей услуг, определяет пять типов пользователей ИТС:
участники дорожного движения;
пассажиры общественного транспорта;
перевозчики грузов и пассажиров;
транспортные операторы и службы эксплуатации транспортной инфраструктуры;
службы экстренной помощи (МЧС, МВД, скорая помощь и т.п.).
Наиболее активно развиваются такие базовые технологии ИТС для транспортной инфраструктуры и транспортных средств, как:
борьба с задержками транспортных средств и заторами в транспортных сетях;
повышение производительности интермодальной транспортной системы;
существенное повышение безопасности дорожного движения.
Второе направление развития ИТС, которое активно продвигается последние 15 лет в Европе, США, Японии, Южной Корее, - это реализация концепции "интеллектуального автомобиля".
Под термином "бортовые интеллектуальные системы" в Европейской экономической комисии ООН понимают системы, установленные на автомобиле в целях повышения его безопасности и использующие информацию, которая поступает как непосредственно от бортовых датчиков автомобиля, так и от дорожной инфраструктуры или других источников.
В настоящее время находятся в продаже или проходят полигонные испытания более десяти типов бортовых ИТС:
система поддержания дистанции в плотном транспортном потоке;
система удержания автомобиля на полосе;
система оповещения об усталости (дремоте) водителя;
система предотвращения боковых столкновений;
система удержания автомобиля при движении по кривой;
система обнаружения мотоциклистов и др.
Бортовые ИТС реализуют как минимум четыре функции:
оказание помощи водителю в предвидении дорожной обстановки;
побуждение водителя к действиям по предотвращению опасной ситуации;
снижение утомляемости водителя с перераспределением части нагрузки по управлению автомобилем на ИБС;
автоматическое переключение управления на ИБС, в случае если водитель самостоятельно не смог выполнить необходимые действия по предотвращению ДТП, либо снижение тяжести последствий ДТП.
Уже первые опыты использования бортовых интеллектуальных систем показали, что они способны уменьшить число ДТП на 40 %, а число ДТП со смертельным исходом - на 50 %. Сегодня в Японии ИТС-оборудование устанавливается штатное на всех автомобилях высокого и среднего класса.
Необходимо разработать единый подход к оценке безопасности бортовых ИТС, на основе которого в дальнейшем будут установлены обязательные технические требования к ним. Эта задача решается в рамках ЕЭК ООН, где осуществляется разработка технических требований и объединены усилия представителей органов государственной власти стран, подписавших международные соглашения в сфере безопасности автотранспортных средств. В этом же направлении работает международная программа "Транспортные средства повышенной безопасности", осуществляемая правительствами ряда государств.
3. Современные тенденции развития интеллектуальных транспортных систем в мире
В условиях современной мировой экономики ни одна отрасль, включая и транспорт, не может успешно развиваться без концептуального определения политики, стратегических целей и приоритетов, выбора средств их достижения с учетом эффективного использование наличных ресурсов.
Проблема развития ИТС приобрела стратегический характер и не реализуема без непосредственного участия государства. Отсутствие системной работы в данном направлении в конечном итоге блокирует развитие рынка ИТС, останавливая его на уровне оказания коммерческих услуг с использованием локальных компонентов ИТС. Опыт стран Евросоюза, США, Японии, Китая и других государств в продвижении проектов ИТС показывает, что в условиях рыночной экономики только единая государственная политика позволяет объединить усилия государства, бизнеса всех уровней и секторов экономики в решении общенациональных задач в транспортном комплексе.
При этом необходимо отметить, что степень и сроки реализации целей научно-технологического развития, а также сама возможность достижения стратегических целей ИТС определяющим образом зависят от достижения конструктивного консенсуса государства, бизнеса и науки.
Многие технологии ИТС первоначально были разработаны в США, но институциональные, организационные и политические препятствия позволили взять на себя инициативу другим странам.
США по многим направлениям отстают от мировых лидеров в совокупности развертывания ИТС, в частности в предоставлении информации о движении в режиме реального времени, интеграции транспортного средства с транспортной инфраструктурой, принятии компьютеризированных дорожных сигналов и максимальном повышении эффективности систем ИТС. Такой вывод сделан в докладе Вашингтонского аналитического центра Фонда информационных технологий и инноваций, опубликованном Национальной академией наук в июне 2010 года. Это расценивается как результат излишней ориентированности на то, что "частный сектор может разрабатывать и развертывать ИТС-технологии сам по себе, когда на межштатном уровне действует принцип «у каждого государства свой подход".
Переплетение местной и корпоративной ответственности за управление на дорогах США - препятствие, с которым на определенном этапе сталкивался Европейский союз и в ближайшей перспективе столкнутся государства Содружества.
В 2008 году Комиссия Европейского союза приняла План действий ускоренного развертывания ИТС в Европе и координации ИТС на автомобильном транспорте с другими видами транспорта. На тот момент Комиссия ЕС констатировала, что в этой сфере "услуги развернуты на фрагментарной основе, что привело к лоскутному одеялу из национальных, региональных и местных решений без четкого согласования, ставя под угрозу целостность единого рынка". Приводился пример, когда водитель грузовика, передвигающегося внутри европейской сети автомагистралей, должен был иметь не только аппаратуру GSM и системы навигации на борту, но и до трех и более различных электронных устройств систем оплаты в государствах - членах ЕС, границы которых он пересекает.
7 июля 2010 года Европейский парламент и Совет Европы приняли новую правовую основу - Директиву 2010/40/EU, устанавливающую единые условия и стандарты для всех государств - членов ЕС. Комиссии ЕС поручено провести проверку соответствия существующих систем. Для гарантии скоординированной деятельности ИТС Евросоюз ввел условия, стандарты и спецификации, которыми будут руководствоваться все государства - члены ЕС.
Директива выделяет четыре приоритетных направления развития ИТС:
1. Оптимальное использование дорог и информации о дорожном движении.
В современном мире производство и распределение товаров во многом зависит от организации эффективных и экономичных логистических цепочек транспортировки грузов на территории ЕС и за его пределами точно в срок, особенно в части доставки товаров.
Инструменты ИТС являются основным средством поддержки эффективного управления логистическими цепочками в реальном времени, в частности, путем обмена электронными данными между государственными органами и заинтересованными сторонами при пересечении границ.
2. Непрерывность управления дорожным движением и грузовыми перевозками на европейских транспортных коридорах и в городских агломерациях.
Технологии ИТС имеют большое значение для развития логистики грузовых перевозок, предусматривающей предоставление в реальном масштабе времени информации о местонахождении и состоянии перевозимых грузов (особенно опасных грузов и животных).