Умный светофор — миф или реальность?

Мировая практика управления дорожным движением крупных городов уже давно использует элементы интеллектуальных транспортных систем (ИТС), призванные повышать безопасность на дорогах и эффективность их использования. За последние 5-7 лет уровень автомобилизации во многих городах России значительно вырос, что привело к большому росту числа ДТП и многокилометровым заторам. В этом свете федеральный и даже муниципальные бюджеты стали выделять средства на развитие ИТС структуры – это и инновационные светодиодные устройства, и элементы, помогающие распознавать присутствие пешехода на дороге, и системы информирования и макронавигации водителей, но конечно же наибольший интерес для широкой аудитории представляет адаптивное светофорное регулирование. Давайте разберёмся что же это такое — адаптивное регулирование и поможет ли оно в борьбе с пробками.

Идея использовать механическое устройство для регулирования транспортных потоков родилась ещё в конце 19 века. В 1868 году в Лондоне был установлен светофор с двумя семафорными стрелками, который управлялся вручную. Поднятые горизонтально стрелки означали сигнал «стоп», а опущенные под углом 45 градусов – «движение с осторожностью». Светофор использовался для облегчения перехода пешеходов через улицу. В начале 20 века усилиями многих изобретателей светофор претерпевает множество изменений: вначале вместо семафорных стрелок используются не подсвеченные таблички «Старт» и «Стоп», затем светофор становится электрическим и обзаводится возможностью автоматического переключения сигналов без участия человека. Привычный нам вид светофор приобрёл в 20х годах 20 века.

В 1923 году в своём патенте светофора американский изобретатель Гарретт Морган указал назначение светофора: – «…сделать очерёдность проезда перекрёстка независимой от персоны, сидящей в автомобиле». Это интересное и правильное замечание стало идеологией светофорного регулирования на годы вперёд. Однако со временем люди стали замечать, что в часы пиковой загрузки статическая программа управления светофором снижает пропускную способность перекрёстка и эффективность использования дороги. Тогда для управления светофорами стали применять более сложные устройства – светофорные контроллеры, которые позволили изменять программу управления в зависимости от времени суток или дня недели и тем самым обеспечивать большую эффективность светофорного регулирования. В 1952 году в Денвере был установлен первый аналоговый светофорный контроллер, который объединил несколько независимых перекрёстков в единую управляемую сеть. В последующее десятилетие несколько сотен аналогичных систем было создано по всему миру. Начиная с 60х годов создаются системы адаптивного управления, которые реагируют на изменение транспортной ситуации.

Условно адаптивное управление можно разделить на локальное и сетевое. В локальном адаптивном режиме перекрёсток руководствуется показаниями детекторов автомобилей и регулирование на нём выполняется независимо от состояния соседних перекрёстков. Такие системы применялись в США начиная с 30-х годов и показали высокую эффективность на изолированных перекрёстках с невысокой интенсивностью движения, а также при управлении вторичными направлениями движения (правые и левые повороты, выезды с второстепенных дорог, управляемые отдельной светофорной секцией и вызываемые только по сигналу детектора). Существуют перекрёстки, все направления которого вызываются по сигналу детекторов. Такие системы очень гибкие и подходят для решения многих задач, однако требуют достаточно сложного программирования и отладки для каждой конкретной ситуации.

В сетевом адаптивном режиме происходит обмен данными между смежными перекрёстками, за счёт чего управление является координированным и обеспечивает большую эффективность. Сетевые адаптивные режимы в свою очередь делятся на 2 типа: выбор программы управления из библиотеки и динамический режим.

Системы, основывающиеся на выборе режима управления из библиотеки, оснащаются детекторами транспорта, установленными в ключевых точках управляемой дорожной сети. С помощью этих детекторов система оценивает состояние траффика по программируемым критериям и выбирает план, наиболее подходящий для оптимального управления движением. Для минимизации последствий от возможной погрешности измерения, план устанавливается на время от 5 до 30 минут, после чего производится переоценка. Системы подобного уровня реализуют принцип зелёной волны (смещение включения зелёного сигнала в зависимости от расстояния между соседними перекрёстками). Наиболее эффективной средой их применения являются вылетные магистрали с преобладающим движением по главной дороге и характерно выраженным маятниковым движением.

Системы, реализующие динамический адаптивный режим, являются наиболее сложными и дорогими, так как требуют большого количества детекторов транспорта (входных и выходных для каждого перекрёстка), а также сложного программирования и отладки. Такие системы в режиме реального времени оценивают интенсивность движения, пропускную способность и распределение потоков автомобилей по направлениям движения, выбирая при этом оптимальную стратегию управления. При этом, длительность фаз изменяется «на лету», что делает невозможным применение табло обратного отсчёта. При изменяющейся от цикла к циклу длительности фазы табло не может определить корректное значение, поэтому на перекрёстках, работающих в динамическом адаптивном режиме, такие табло, как правило, не применяются. Динамический адаптивный режим чаще всего используется в зонах с высокой плотностью перекрёстков. Динамические системы также позволяют реализовать принцип зелёной волны.

Независимо от типа, адаптивный режим управления может реализовывать дополнительный функционал, например, предоставление приоритетного проезда общественному транспорту, автомобилям экстренных служб и «спецсопровождение». С помощью интерфейсов управляющих систем осуществляется мониторинг технического состояния периферийного оборудования, то есть при выходе из строя оператор центра управления движением моментально получает предупреждение и инициирует необходимые действия для восстановления работоспособности.

Однако, несмотря на все плюсы, адаптивное регулирование — не панацея от пробок. Адаптивное регулирование призвано оптимизировать длительность фаз для того чтобы не предоставлять зелёный сигнал в направлении, где никого нет, а также распределять поток машин по управляемой сети. Адаптивное регулирование повышает пропускную способность перекрёстка, но не может превысить максимально возможное значение. Теоретически, пропускная способность одной полосы для движения в городской черте составляет порядка 1800 автомобилей в час. Это значение подразумевает безостановочное беспрепятственное движение. Все факторы, затрудняющие движение, будь то перекрёсток, сужение дороги, выезд с прилегающей территории, изъяны дорожного полотна и многие другие снижают пропускную способность. Адаптивное регулирование является хорошим дополнением к комплексной организации дорожного движения, и не является самостоятельным элементом. При наличии большого количества ошибок в организации движения, решить их посредством адаптивного регулирования не получится. Вместе с грамотной организацией автомобильного, пешеходного и велосипедного движения, парковок, качественным дорожным покрытием, соблюдением ПДД и (!) уважением по отношению к другим участниками движения, адаптивное регулирование позволяет значительно повысить пропускную способность перекрёстков и максимально возможно приблизить её к теоретическому значению. Но хочется отметить, что в крупнейших городах России количество желающих приобрести личный автомобиль и имеющих такую возможность очень велико. Пробки на дорогах являются сдерживающим фактором. Как только траффик становится свободнее (благодаря открытию новых дорог или оптимизации дорожного движения), количество автомобилей, выезжающих на дороги в пиковые часы увеличивается.

Так стоит ли развивать и далее системы адаптивного управления? Однозначно стоит. Прогресс не стоит на месте и новые разработки уже пытаются включить в процесс самих участников движения: строить прогноз загрузки дорожной сети и стратегию управления ещё на этапе планирования маршрута и предлагать водителю оптимальный путь, а также отслеживать местоположение автомобилей и осуществлять обмен информацией между ними.

Но в то же время нужно предоставлять людям хорошую альтернативу личному транспорту – качественный общественный транспорт, перехватывающие парковки, развитую инфраструктуру для комфортного перемещения на велосипедах и пешком. Градостроительная политика должна учитывать маршрутное планирование и избегать формирования крупных бизнес кластеров в центральной части города.

Источник: UinCar