Мировой опыт становления и развития региональных ИТС

Одним из реализованных больших европейских проектов для менеджмента широкой городской области был мюнхенский проект COMFORT, который был начат в 1991 году. Это был первый проект, который координировал транспорт в центре города с учётом планировки сети автомагистралей в окрестностях города. В зависимости от оценки состояния транспортных потоков, в городе активизируются элементы информационной и навигационной систем в окрестностях города. Управляющие алгоритмы оценивают уровень транспорта, оптимизируют работу СФ, определяют прогноз развития транспортной нагрузки и направляют транспортные средства из области, в которой создаются заторы.

При анализе проекта было констатировано, что начальные капиталовложения окупились через 2 года только благодаря уменьшению количества дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Количество наездов уменьшилось на 35%, количество ДТП с ранениями – на 30% и количество погибших – на 31%.  

Другими известными проектами являются проекты, реализованные в рамках помощи Европейского Союза. Речь идёт, в частности, о следующих мероприятиях:

      1) Анализ транспортных сетей:

Для основного управления транспортом могут быть достаточными данные от транспортных датчиков в транспортных узлах. Несмотря на это, для интегрированной телематической стратегии управления транспортом в городских сетях требуются более подробные данные о ситуации в сети, что было продемонстрировано в проектах QUARTET PLUS и EUROSCOPE. В контексте широко принятой концепции «управления мобильностью» и тесных связей между мониторингом и управлением транспортом данные проекты на практике испытали новые детекторные системы, основанные на видеодетектировании, новые алгоритмы для определения времени движения, скорости по полосам движения и в сети и алгоритмы для определения пунктов отправления и пунктов назначения (матрица OD: Origin-Destination). Последние полученные данные являются особенно важными для транспортной информационной системы. Были испытаны и тестированы алгоритмы прогноза. Это касалось краткосрочных (1-20 мин), среднесрочных (11-12 час) и вплоть до долгосрочных прогнозов (1-2 дня). Оба проекта помогли понять, какими неточностями и какими ограничениями характеризуются прогнозы параметров функционирования транспортной сети. Они также определили направления дальнейшего развития. Одним из таких направлений является использование данных, получаемых от ходовой лаборатории, движущейся в транспортном потоке («плавающий» автомобиль) – проект CAPITALS. Понять сложные условия в сети помогли и работы в рамках проекта VERA.

Частной, но очень важной областью использования результатов анализа данных является и область установления (детектирования) мест возникновения дорожно-транспортных происшествий (incident detection). Быстрое детектирование происшествия может начать процесс принятия необходимых мероприятий, включающих в себя стратегию управления транспортным потоком и информирование водителей перед началом движения и/или в процессе движения, а также и существенно быструю реакцию служб спасения. Кроме детектирования происшествий в рамках проекта IN-RESPONSE, была разработана и модель для прогнозирования дорожно-транспортных происшествий.

     2) Автоматическое определение мест дорожно-транспортных происшествий:

Несколько европейских проектов также были посвящены проблеме управления ликвидацией последствий ДТП. Речь шла о модифицированных проектах управления транспортными потоками в городах UTC (Urban Traffic Control), которые с помощью специальных модулей обеспечивали детектирование происшествий и их влияние на движение транспортных потоков. Проекты IN-RESPONSE и IN-EMERGENCY демонстрировали разнообразие техник, включая быстродействующие системы предупреждения, предназначенные для служб спасения, и инструменты, поддерживающие принятие решений операторами службы спасения.

      3) Информация и навигация:

Системы для информирования водителей с помощью бортовых блоков или управляемых дорожных знаков и дисплеев (TFIS), расположенных вдоль дорог, имеют постоянно возрастающее значение для управления транспортными потоками на сетях дорог. Информация о возможных проблемах значительно уменьшает заторы благодаря тому, что водитель может выбрать другие варианты пути движения или подходящую стоянку или парковку. Европейские проекты в настоящее время всё больше направлены на системы TFIS, ввиду того, что бортовые блоки в транспортных средствах пока ещё не очень распространены и, таким образом, не могут оказывать существенного влияния на движение транспортных потоков. Проекты в данной области (АUSIAS, CAPITALS, CONCERT, CLEOPATRA, COSMOS, EUROSCOPE, TABASCO) были направлены на изучение поведения транспортной сети и на определение оптимальных стратегий управления.

Использование информационных и навигационных систем в рамках европейских проектов можно показать на примере следующих городов:
• Бристоль (CONCERT): TFIS для лучшего использования системы Park and Ride;
• Брюссель (CAPITALS): TFIS как составная часть вышестоящей системы управления транспортными потоками в тоннелях на внутреннем кольце города;
• Лондон (CLEOPATRA): определение влияния TFIS при выявлении мест ДТП на выбор водителями пути движения по сети дорог и эффективность транспорта в сети;
• Лион (CLEOPATRA): информационная стратегия для TFIS в автоматическом режиме при использовании данных, полученных на основе измерений, проводимых на сети дорог;
• Mюнхен (TABASCO): TFIS для Park and Ride;
• Пирей (COSMOS): стратегия изменения направления движения транспортных потоков в районе морского порта;
• Саутгемптон (EUROSCOPE): интегрированное выявление мест ДТП и управление стоянками;
• Тулуза (CLEOPATRA): общая стратегия изменения направления движения транспортных потоков;
• Турин (CLEOPATRA): стратегия TFIS вместе со стратегией управления транспортными потоками в городе.

Информация перед поездкой и информация на остановках городского пассажирского общественного транспорта (ГПОТ) показали, что они имеют значительное влияние на поведение большинства пассажиров. Оказалось, что они, в конечном счёте, вызвали небольшой, но заметный рост количества пассажиров. Интеграция управления транспортом в городе, услуги ГПОТ и информационных систем в Турине привели к сокращению времени поездки на общественном городском пассажирском транспорте на 14% и на 17% – на легковых автомобилях. Это привело к росту ГПОТ на 3% и общему улучшению движения транспорта в городе. Капиталовложения в подсистему выявления мест ДТП в системе управления транспортом в городе Саутгемптон доказательно окупились в течение одного года. Тем не менее, окупаемость существенно зависит от метода и от скорости выявления ДТП.

     4) Управление на въезде:

Управление на въезде на магистральные дороги обычно использовалось в городах, где оно должно было предотвратить образование заторов. Однако заторы очень часто возникают на автомагистралях и на дорогах, соединяющих городские районы. В таком случае очень важной является интеграция управления на въезде с общегородской системой управления движением транспортных потоков. Проект TABASCO демонстрировал управление транспортом на въезде (Ramp Metering), вместе с транспортной информацией и навигацией посредством TFIS, управлением транспортом с помощью оптической сигнализации в Глазго. Метод Ramp Metering значительно повысил пропускную способность дорог (5% – автомагистрали, 13% – городская сеть). Кроме того, система привела к улучшению поведения водителей, а следовательно, и к уменьшению количества ДТП.

      5) Управление в зависимости от нагрузки:

В городских условиях этот вид управления имеет постоянно растущее значение для поддерживания удовлетворительной мобильности, так как он для управления транспортными потоками использует различные телематические подсистемы. Приложение данной системы содержит, например, управление на въезде в центральный район города (проект CAPITALS) и технику искусственного интеллекта, соединив управление на въезде и управление с помощью светофоров с системой предоставления информации и помощи водителям и с подсистемами предоставления транспортной и туристической информации. Данная система также даст возможность определения времени движения и получения информации о наличии свободных мест на стоянках.

В 1990-х годах в США были чётко сформулированы основные этапы по решению проблем развития и внедрения автоматизированной системы управления дорожным движением (АСУД): математическое моделирование движения автомобилей и транспортных потоков (так называемое микро- и макромоделирование); единая система информации; электронная система выбора и указания маршрута; система оказания помощи водителям.

Указанные этапы реализовывались путём установки детекторов транспорта, информационных знаков и табло отображения актуальной информации (светодиодных, призматических и т.п.), светофорных объектов, объединённых в единую сеть и управляемых посредством Центров управления, передающих необходимые сигналы на контроллеры и, далее, на управляющие элементы системы.

В настоящее время вся сеть автомобильных магистралей, примыкающих к крупным городам (Чикаго, Детройт, Лос-Анджелес, Нью-Йорк и др.), оснащена АСУД.
В США и Канаде большое внимание уделяется взаимным связям городской системы с системой дорог и автомагистралей в пригородных зонах. Хорошим примером является городская сеть в Монреале, где в городскую систему управления движением транспортных потоков входят и автомагистрали пригородной зоны, т.е. приблизительно до 70-100 км от города.

В Японии практически вся дорожная сеть, как в городах, так и на трассах, оборудована ИТС различной степени сложности.

Конкретными примерами реализации АСУД могут стать:

• Торонто, Канада: 75 светофорных объектов управляются системой SCOOT. При сравнении с отлично составленным графиком временного управления время поездки снижается на 8%, количество остановок транспортных средств уменьшается на 22%, и задержки транспортных средств уменьшаются на 17%. В результате этого понижается расход топлива на 5,7%, что даёт весьма положительный экологический эффект.

• Лос-Анджелес, Калифорния: Новая управляющая система LADOT включает 1170 светофорных объектов и 4590 детекторов, используемых для оптимизации процесса управления. Указывается, что было достигнуто снижение потребления горючего на 13%, на 41% уменьшилось количество остановок транспортных средств, и на 16% сократились потери времени.

• Чикаго, Иллинойс: Пилотный проект оптимизации движения общественного транспорта на основе АСУД OPAC. Проект основан на последовательном предоставлении преимущества автобусам на перекрестках, в результате чего повышается скорость движения автобусов на 25-50%. Предполагается, что в результате этого городской пассажирский общественный транспорт будет более привлекательным и одновременно будет снижена экологическая нагрузка, потому что будет сокращено количество автобусов при сохранении интервалов.

• Виргиния: Министерство транспорта в Виргинии инвестировало значительные средства в строительство экспериментальной автомагистрали, проходящей через несколько городских районов. Последняя оснащена современными коммуникационными средствами, начиная с оптических кабелей и кончая радиомаяками. Экспериментальная автомагистраль была пущена в эксплуатацию в 1998 году и продолжает использоваться для ряда экспериментов. Она обеспечивает связь между дорогами в пригородной незастроенной зоне и в городе.

На сайте ERTICO – Европейской ИТС ассоциации – приводятся многочисленные примеры реализации конкретных ИТС-систем в Европе.

В современной практике принято относить АСУД к одному из четырёх поколений:

Поколение 1. Расчёт управляющих параметров и ввод их в АСУД выполняются вручную.

Поколение 2. Расчёт управляющих параметров автоматизирован, ввод их в АСУД выполняются вручную.

Поколение 3. Расчёт управляющих параметров и ввод их в АСУД автоматизированы. Управление (реагирование на изменения транспортного потока) производится с учётом динамики транспортных потоков (TR-метод) с помощью смены заранее рассчитанных временных таблиц.

Поколение 4. Расчёт управляющих параметров и ввод их в АСУД автоматизированы. Управление производится в реальном времени (с краткосрочной задержкой реагирования или прогнозированием транспортных потоков), с учётом локальных изменений транспортных потоков.

Отметим также, что «ключом» данной классификации является метод расчёта и заведения в периферийные устройства управляющих параметров. Разумеется, это не означает, что иные функции АСУД не важны. Это лишь подчёркивает, что в современных условиях в центре внимания при разработке АСУД находится не столько аппаратура, сколько методы реагирования на изменения транспортной ситуации.

Использование заранее рассчитанных планов координации (Поколения 1–2) не позволяет оперативно реагировать на случайные изменения характеристик транспортных потоков, однако очень эффективны в городских условиях с густой сетью дорог (например, центр города Нью-Йорк).

Переход к системам 3-го и 4-го поколений начался в 1980-годы. Не останавливаясь на конкретных реализациях управляющего алгоритма, отметим, что в ряде систем предусмотрена децентрализация работы системы и передачи ряда функций принятия решения на уровень управляющего устройства (контроллера) на перекрёстке.

Именно подобные системы, работающие в режиме реального времени и получившие название АСУД с центрально-распределенным интеллектом, представляют в настоящее время основной интерес, как с научной, так и с практической точки зрения. Ниже рассмотрим распространённость и работу подобных АСУД.

В настоящее время АСУД 3-го и 4-го поколений установлены в нескольких десятках городов: в 53 городах Великобритании, в Мадриде, Гонконге, Токио, Торонто, Бордо, Бахрейне и так далее.

Важнейшей составляющей АСУД является система информирования участников движения, особенно глобально распространившаяся с развитием Интернет-сетей. В настоящее время значительная часть территории, например США или Франции, охвачена информационными системами, передающими публике количественные данные о транспортных потоках в реальном времени.

В последние годы находят всё большее распространение системы, прогнозирующие среднюю скорость и время проезда по тем или иным маршрутам. Подобные системы оказывают весьма существенное воздействие на перераспределение транспортных потоков.
В США действуют разнообразные проекты развития систем управления дорожного движения и интеллектуальных транспортных систем. Это такие проекты, как FAST (Лас-Вегас) – управление движением на скоростных дорогах, CARAT (Северная Каролина) – выявление заторов и ограничение объёмов движения в заторовых ситуациях, TransStar (Хьюстон) – управление дорожным движением, CARAT (Мэрилэнд) – информационное обеспечение дорожного движения, АТСАS (Калифорния) – мониторинг характеристик транспортных потоков и учёт движения на платных дорогах, Escort (Даллас) – управление дорожным движением, Navigator (Джорджия) – информационное обеспечение дорожного движения, ATOMS (Dade county, Miami, Florida) – система менеджмента светофорной «решётки» и парковочного хозяйства.

В штате Техас силами Техасского департамента транспорта успешно внедрена система АСУД, базирующаяся на сочетании центрального повременного и центрального адаптивного управления с использованием библиотеки заранее рассчитанных ПК.

В Канзасе разработан стратегический план развития интеллектуальных транспортных систем, ориентирующийся на мониторинг характеристик транспортных потоков, создание систем обнаружения ДТП и управления в опасных ситуациях; системы управления светофорными объектами; информирования водителей об оптимальных маршрутах движения с учётом реальной ситуации. Проект предусматривает включение в зону действия системы около 400 км улично-дорожной сети, на которой движение будет контролироваться с помощью 516 транспортных детекторов, такого же количества видеокамер, 79 электронных табло с оперативной информацией информационно-советующих радиоканалов.

Для определения оптимальной последовательности внедрения различных компонентов интеллектуальных транспортных систем была произведена оценка их экономической эффективности. Технологии интеллектуальных транспортных систем, имеющих наибольшее значение показателя «выгоды/затраты», будут внедряться в первую очередь. К краткосрочным мероприятиям, обеспечившим наибольший эффект, относится система обнаружения дорожно-транспортных происшествий. Среднесрочные мероприятия включают системы управления въездом на скоростные дороги и управление транзитным движением. Долгосрочные мероприятия направлены на поощрение альтернатив использования индивидуальных автомобилей и охрану окружающей среды.

Япония является передовой страной в области разработок и использования высших форм автоматизированных систем управления движением (перешла на уровень интеллектуальных транспортных систем управления). Последнее объясняется тем, что уже с 1970 года существует единая национальная политика по использованию наиболее комплексных систем управления движением, управляемая и координированная государственными институтами, а также тем, что существовало сильное стремление уменьшить заторы, а следовательно, уменьшить и экологическую нагрузку областей, сильно нагруженных транспортом. Вся система разрабатывалась по пятилетним планам, и в настоящее время почти на всех главных дорогах в городах и на большинстве автомагистралей имеются транспортные информационные системы и широко используются навигационные системы в транспортных средствах. Транспортные потоки во всех крупных городах управляются из городских центров управления движением.
По ориентировочным оценкам, Япония в период с 1985 по 1992 год вложила в создание инфраструктуры 1,8 млрд. долл. США и, кроме того, 690 млн. долл. США было вложено в последующий период с 1993 по 1997 год.

В условиях чрезвычайно сильно нагруженной транспортной сети используются методы управления в режиме текущего времени (on-line), как, например, система SCATS, разработанная в Австралии, и – в меньшей мере – английская система SCOOT. Оба метода управления в режиме on-line описаны в настоящей главе. В систему управления транспортными потоками включено и управление ремонтом и содержанием автомобильных дорог. Дело в том, что речь идёт о приблизительно 10000 транспортных ограничений ежегодно, которые имеют значительное влияние на пропускную способность дорожной сети. Их интеграция в систему управления даёт возможность лучше координировать отдельные работы, прогнозировать и моделировать их последствия и эффективно информировать водителей.

Проблемы с заторами нашли отражение и в оттоке пассажирских потоков из городского пассажирского общественного транспорта. Поэтому целенаправленно осуществляются капиталовложения с целью повышения привлекательности этого вида транспорта. Главными средствами являются: устройство специальных полос движения, предназначенных только для автобусов городского пассажирского общественного транспорта, системы информирования пассажиров на остановках и в автобусах и информационные системы перед поездкой.
Кроме Японии, и другие страны Азиатско-Тихоокеанского региона целенаправленно вкладывают средства в развитие систем управления. В некоторых городах Австралии для зонального управления транспортными контроллерами используется управляющая система SCATS, часто комбинируемая и с другими подсистемами. Большое внимание этим вопросам уделяется и в Южной Корее. Здесь интеллектуальные транспортные системы внедряются в три этапа, которые соответствуют утверждённой национальной политике в области транспортной стратегии:

• выбор и реализация пилотного проекта данного приложения при участии государственных институтов;
• квалифицированный анализ пилотного проекта;
• расширение пилотного проекта на всей территории страны с координационной ролью государства.

Следовательно, здесь опять государство выполняет функцию координатора, причём оно предоставляет достаточное пространство для частных институтов, особенно при постепенном расширении пилотного проекта.

Структура интеллектуальной транспортной системы в г. Квашон (Южная Корея) включает в себя следующие основные подсистемы: управление дорожным движением, контроль скоростного режима, навигационная система динамического определения маршрута, информирования пассажиров общественного транспорта, электронная оплата за проезд, взвешивание транспортных средств в движении, информация о парковках, информирование водителей.
Электронная система оплаты функционирует на скоростной магистрали и, используя технологии интеллектуальных транспортных систем, работает в без-остановочном режиме.

Система информации о парковках с помощью электронных табло инфор-мирует водителей о наличии свободных мест на определённых стоянках. В единую систему связано шесть парковок.
Система информирования водителей с помощью радиоканалов и визуальной информации сообщает водителям ситуацию на сети с тем, чтобы они могли заблаговременно скорректировать маршрут движения.

Широко применяются интеллектуальные транспортные системы на Тайване. Одним из компонентов интеллектуальных транспортных систем здесь является экспертная система управления движением на скоростных магистралях. Система функционирует в реальном режиме времени и вырабатывает управляющие воздействия при возникновении критических ситуации, таких как заторы, дорожно-транспортные происшествия, ухудшение погодных условий и другие специфические ситуации. Экспертная система и модель управления в этих ситуациях позволяют определять эффективность вырабатываемых решений в критических дорожно-транспортных ситуациях. В реальном режиме времени на основе информации о существующей транспортной нагрузке система моделирует параметры дорожного движения и создаёт модуль оптимального динамического распределения транспортных потоков. Это позволяет разрабатывать рациональные стратегии управления дорожным движением на сети скоростных дорог.

Экспертная система имеет базу из многих возможных планов управления, каждый из которых адаптирован к определённой ситуации и идентифицируется по совокупности классификационных признаков для каждой специфической си-туации. Все ситуации представляются как классы объектов, характеризуемые типом опасной ситуации, наличием технических средств управления движением, геометрическими характеристиками дорог, параметрами транспортных потоков. Соотношения между объектами различных классов используются для выработки поведенческих и управляющих решений. Поэтому на основе входящей информации система автоматически предоставляет экспертную информацию о возможных управляющих воздействиях. В то же время оператор имеет все возможности для корректировки выработанной системы стратегии управления, вплоть до отмены представленного плана действий и введения дополнительных параметров для повторения процедуры.

Основой работы экспертной системы являются результаты постоянного мониторинга характеристик транспортных потоков. Эти данные передаются в модуль прогнозирования характеристик транспортных потоков.

Скорость транспортного потока выше опасного места и продолжительность опасной ситуации – два главных фактора, которые являются основой для определения формы информационного обеспечения водителей. В типовых ситуациях применяется следующая градация: при отклонении скорости менее 10% выдается предупреждение о потенциально опасной ситуации, при отклонении скорости от 10 до 20% – указания об опасной ситуации и рекомендуемом скоростном режиме, при отклонении более 20% – принудительные меры ограничения доступа на этот участок сети. Эта экспертная система обслуживает, в общей сложности, сеть скоростных дорог Тайваня протяжённостью около 1000 км.

В Китае существует комиссия по управлению развитием исследований интеллектуальных транспортных систем. Разработана программа, включающая общую стратегию развития ИТС и перечень пилотных демонстрационных про-ектов. В эти пилотные проекты в первоочередном порядке включены городские центры управления движением и электронные системы оплаты за проезд. Кроме того, в сотрудничестве с Европейским союзом и ЕRTICO составлена программа, которая включает в себя следующие направления развития ИТС:

• экспрессная система перевозок грузов с автоматизированным центром управления, системой электронного документооборота ЕDI, навигационной сис¬темой на базе GPS, системой управления перевозками;
• система управления движением на скоростных магистралях с применением интеллектуальных транспортных систем для выявления мест совершения дорожно-транспортных происшествий и системой электронной оплаты за проезд;
• городские системы управления дорожным движением;
• системы управления общественным транспортом с определением ме-стоположения автобуса, компьютеризацией диспетчерских функций и мониторингом спроса на перевозки.

В целом необходимо отметить, что за рубежом большинство АСУД уже модернизированы и соответствуют третьему поколению, согласно вышеприведённой классификации, а также существуют АСУД четвёртого поколения (в России распространение получили только АСУД первого и второго поколения). Это вызвано как фактором высокой стоимости систем третьего и четвёртого поколения (следует заметить однако, что затраты на их создание быстро бы окупились), так и отсутствием отечественных программных и технических разработок в этом направлении. При этом, внедрение АСУД за рубежом осуществляется комплексно, на основе апробированных решений в отдельных регионах.

Мировой опыт неопровержимо доказывает, что развитие АСУД в современных условиях является одним из самых эффективных путей решения всё усложняющихся транспортных проблем, как в городах, так и на загородных дорогах.

Социальная, экономическая и экологическая эффективность АСУД проявляется в увеличении мобильности населения, снижении потерь рабочего и свободного времени, повышении деловой активности, уменьшении вредных выбросов, росте эффективности перевозок и т.п. Важнейшей составляющей является повышение безопасности, снижение количества инцидентов и нарушений правил, обеспечиваемое специальными подсистемами, контролирующими поведение участников движения и происшествия на дорогах.

Вместе с тем, внедрение современных АСУД – это сложный технологический процесс, требующий как финансовых затрат, так и высокой квалификации разработчиков, строителей и соответствующих служб эксплуатации. Эти финансовые и интеллектуальные ресурсы будут израсходованы неэффективно, если системы АСУД не будут соответствовать своему назначению, определённому с учётом специфики местностей, где они внедряются. Поэтому вопрос разработки обоснованных технических требований к АСУД является важнейшим, и особенно для России, где имеется значительная неравномерность в развитии транспортных инфраструктур по регионам. Очень существенны и историко-архитектурные особенности, особенно в городской застройке: известно, что топология российских городов весьма отличается от европейской и американской.

Жанказиев Султан Владимирович, заведующий кафедрой «Организация и безопасность движения» МАДИ, профессор, д.т.н.
Воробьёва Татьяна Викторовна, ведущий инженер кафедры «Организация и безопасность движения» МАДИ

Перепечатка в полном или частичном виде возможна с обязательной активной ссылкой на источник vestnik-glonass.ru