АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НА ТЕМУ «РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ТРАНСПОРТА ПО СЕГМЕНТУ "ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ»

ВВЕДЕНИЕ

Мировой тренд развития цифровизации на транспорте — создание цифровых платформ. Такие решения уже есть у General Electric (Predix)[1], Siemens (Mindsphere)[2], MAN (Rio)[3], Airbus (Skywise)[4], Boeing (Analytics) [5]и ряда других компаний. Эти платформы обеспечивают сбор и обработку данных, аналитику для оценки состояния транспорта и оптимизации управления им. Создатели платформ обещают снижение затрат на ремонт и рост коэффициента загрузки транспортных средств на 10–20%, а также сокращение затрат топлива на 5–10%. Более того, производители транспорта постепенно переходят на сервисную модель, предлагая не просто оборудование, а целый пакет услуг. Пример — Train-as-a-Service от Hitachi [6]с целым пакетом цифровых услуг по мониторингу состояния и удаленному управлению транспортными средствами (M2M analytics, Bi-modal trains, Self-diagnosing trains и т.д.).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Интеллектуальные транспортные системы (ИТС) — это системы передовых коммуникаций, технологий навигации и обработки информации, предназначенные для управления транспортными потоками для повышения безопасности, эффективности, комфорта всех участников движения в городской среде. Сегодня ИТС включают расширенный трафик системы управления, передовые информационные системы для путешественников, электронные платежные системы, передовые системы управления транспортными средствами, передовые операции с коммерческими автомобилями и передовые системы общественного транспорта. Современные ИТС способны принимать электронные платежи за проезд, а также включают в себя системы управления инцидентами, системы видеонаблюдения и автомобильной навигации и многое другое

Примеры использования ИТС

1. Сбор данных для системы управления городским и пригородным транспортом

Для построения интеллектуальных транспортных систем в дорожном движении в первую очередь требуется организовать сбор информации о состоянии трафика. Один из способов это сделать – обеспечить получение данных непосредственно от пользователей. Практически у каждого человека есть смартфон с GPS и другими полезными датчиками, которые позволяют передавать актуальные сведения о транспортной системе. Для сбора информации может быть разработано приложение, где пользователь будет указывать свой маршрут, помогая системе собрать данные о скорости, задержках на определенных участках, высоте над уровнем моря и многих других факторах, которые могут быть использованы для анализа дорожной обстановки.

Второй способ сбора сведений не требует непосредственного участия человека: он предполагает использование современной аналитики Big Data. Уже сегодня существуют программы и целые системы, которые помогают анализировать передвижение людей через SIM-карты в телефонах, собирая большие массивы анонимных данных. Собранные с помощью смартфонов сведения позволяют получать и использовать реальную информацию о положении и динамике перемещения населения в любой части дорожной сети. Используя подобные решения, можно начать строительство современных систем управления городским пассажирским транспортом[7], а также целых «умных городов».

В дополнение к вышеупомянутому мониторинг транспорта на дороге можно организовать с помощью высококачественных камер и дорожных радаров. Эти технологии позволяют получить необходимую информацию о скорости, расстоянии между транспортными средствами, маршрутах, движении через перекрестки, задержках и распределении между отдельными полосами движения.

Населенные пункты должны располагать максимально точными сведениями об обстановке на транспортных маршрутах, чтобы правильно планировать и выстраивать городскую дорожную инфраструктуру, оптимизировать ее с учетом потребностей граждан и текущих условий.

Построение интеллектуальных транспортных систем города требует:

¾ сбора информации;

¾ анализа трафика;

¾ моделирования трафика;

¾ обмена данными;

¾ управления дорожным движением и ТС.

Для работы умного городского транспорта необходимы технологии, благодаря которым будет вестись обмен данными между центром системы и всеми ее компонентами, а также между отдельными элементами коммуникации. Обязательным компонентом любого современного транспортного решения являются информационные подсистемы, главное назначение которых заключается в повышении доступности информации для пользователей общественным транспортом.

Все вышеперечисленное требуется для управления интеллектуальными транспортными системами, для обеспечения эффективной работы дорог, перекрестков и автомагистралей:

¾ для оптимизации движения частного и общественного транспорта;

¾ быстрого реагирования на ситуацию на дороге;

¾ повышения безопасности движения;

¾ недопущения всевозможных нарушений и т.д.

В городе должен быть создан единый центр управления ИТС, куда будут в онлайн-режиме передаваться данные с детекторов мониторинга транспортных потоков и дорожная обстановка с фото- и видеокамер. Система также должна фиксировать скорость потока, количество автомобилей и общественного транспорта, метеоусловия и состояние трассы. В случае ДТП система должна предупреждать о затруднениях на дороге и подсказывать объездные пути. Сигналы светофоров должны меняться в зависимости от загруженности соседних перекрестков. При действии описанной системы появится возможность координировать потоки в случае заторов, отменять непопулярные маршруты и назначать новые.

2. Элементы ИТС

Интеллектуальные транспортные системы на дорогах представляют собой целый комплекс функционального оборудования, которое осуществляет сбор информации, управление транспортным потоком и информирование участников дорожного движения.

Только при условии оснащения системы необходимым оборудованием и его комплексной работе можно добиться существенного улучшения ситуации на дорогах в мегаполисах.

3. Дорожные видеокамеры

Дорожные камеры выступают «глазами» современных интеллектуальных транспортных систем[8]. Это камеры высокого разрешения, которые повсеместно используются разработчиками ИТС и комплексов видеофиксации нарушений ПДД.

В системах используются промышленные камеры, которые позволяют эффективно следить за дорожным потоком, выделять и трассировать движущиеся объекты, выполнять захват кадров с государственными регистрационными знаками транспортных средств, а также распознавать буквенно-символьные изображения на номерах.

4. Умные светофоры

Умным принято называть светофор, которым управляет специальная программа, позволяющая устройству самостоятельно принимать решения, в том числе на основе поступающей информации о дорожном движении с других аналогичных приборов.

Выделяют три режима работы светофоров:

1. Локальный. Устройство работает по заложенной схеме, в которой, к примеру, учитывается утренний и вечерний час пик, а также малая загрузка в течение дня.

2. Координированный. Предполагает координацию работы нескольких светофоров в одной зоне. Часто режим используется на «вылетных» дорогах. Светофоры работают синхронно, пропускают определенное количество автомобилей, что способствует поддержанию интенсивного движения на участке.

3. Адаптивный. Светофор работает самостоятельно и автоматически принимает решения на основе поступающих данных о дорожной ситуации. Данные о потоке устройство получает через индукционные петли или датчики. [9]

В городах, где уже используются подобные системы, обязательно функционирует ситуационный центр, который также помогает пропускать на вызовы автомобили экстренных служб.

5. Детекторы транспортного потока

Это специальные измерительные приборы, работающие с помощью чувствительных элементов, усилителя-преобразователя и выходного устройства. Прибор фиксирует факт прохождения или присутствия транспортного средства в контролируемой зоне, вырабатывает первичный сигнал, который впоследствии усиливается, обрабатывается и преобразуется в удобный для регистрации вид. [10]

Существуют несколько типов детекторов, различающихся по принципу действия чувствительных элементов:

• контактные;
• электромагнитные;
• детекторы излучения.

6. Электронные средства оплаты проезда

Необходимость оплаты проезда способствует образованию заторов на автодорогах. Чтобы уменьшить пробки, используются так называемые электронные средства оплаты проезда – транспондеры. Это приемно-передающие устройства, которые позволяют безостановочно двигаться через платные пропускные пункты. Они устанавливаются на лобовое стекло авто, имеют уникальные лицевые счета и идентификационные номера. Чтобы заплатить за проезд, водителю достаточно сбросить скорость до 30 км/ч и деньги автоматически спишутся со счета. [11]

7. Информационные табло

Это основное средство информирования водителей о ситуации на дорогах. На табло может выводиться различная информация: [12]

¾ загрузка участков дороги;

¾ наличие ДТП на маршруте;

¾ количество общественного транспорта;

¾ состояние дорог и т.д.

8. Паркоматы

Чтобы упростить, обезопасить дорожную систему города, необходимо продумать и парковку[13]. С этим отлично справляются паркоматы – устройства, которые располагают в местах автоматизированной платной парковки. С их помощью автомобилист может самостоятельно осуществлять оплату парковки в соответствии с заданными тарифами. Приборы не только упрощают жизнь водителям, но и делают парковку более экономичной из-за снижения затрат на сотрудников.

9. Автоматизированное управление освещением

Система управления освещением дает возможность полностью автоматизировать уличное и дорожное освещение. Она способна самостоятельно принимать решение о необходимости включения или выключения света в соответствии с ситуацией на дороге, временем суток и других факторов. Система работает по заложенному алгоритму, получая информацию с различных датчиков, фиксирующих загрузку и освещенность зоны дороги[14].

10. Средства автоматической фиксации нарушений

Один из важнейших элементов ИТС, который предназначен не столько для фиксации нарушений ПДД, сколько для предотвращения таких нарушений и ДТП. Камеры способны зафиксировать любое нарушение правил и сделать наказание за создание опасной ситуации на дороге обязательным, благодаря чему автомобилисты будут более ответственно соблюдать ПДД. [15]

Преимущества внедрения систем «Умный транспорт»

Уже строящиеся, а также находящиеся в процессе разработки транспортные системы, обладают целым рядом достоинств, благодаря которым о возможности внедрения технологии задумываются представители правительства и бизнеса в городах по всему миру. К примеру, разрабатывается российская интеллектуальная транспортная система (РИТС), направленная одновременно на:

¾ снижение опасности дорожного движения, уменьшение числа ДТП и смертности на дорогах;

¾ обеспечение беспрепятственного передвижения спецслужб и спецтранспорта на вызовы;

¾ оперативное и точное доведение информации до спецслужб о ситуации на дорогах;

¾ информирование водителей о нарушении ПДД;

¾ фиксацию любых фактов нарушения водителем ПДД;

¾ повышение внимания водителя во время движения и недопущение засыпания за рулем;

¾ создание необходимых условий для сокращения времени, которое приходится тратить пассажирам, чтобы добраться на работу или в любое другое место в городе;

¾ обеспечение возможности выбора оптимального по удобству и скорости маршрута;

¾ оптимизацию движения с учетом ситуации на дорогах и т.д.

При этом в более глобальном плане внедрение технологий ИИ в транспорте имеет два основных преимущества: удобство для пассажиров и интеграция с дорожно-транспортными службами.

Удобство для пассажиров

В России планируется создание интеллектуальных транспортных систем таким образом, чтобы они позволили сделать жизнь населения более комфортной и простой. Благодаря умным решениям, водитель или пассажир общественного транспорта будет проинформирован о реальном положении дел на дороге, а главное – сможет добираться из пункта «А» в пункт «Б» максимально быстро и безопасно. Кроме того, значительно облегчится поиск парковочных мест, ведь информация о загруженности парковок будет легко доступна любому автомобилисту.

Интеграция с дорожно-транспортными службами

Внедрение интеллектуальных транспортных систем предполагает их интеграцию с дорожно-транспортными службами. В случае возникновения любой опасной или аварийной ситуации программное обеспечение сможет быстро провести все уполномоченные спецслужбы до нужного места, чтобы они могли оказать помощь населению, к примеру, в случае ДТП.

ДТП происходят по самым разным причинам. ИТС дают возможность существенно снизить влияние всех факторов, увеличивающих шанс попадания автомобиля в аварию.

Технологии интеллектуальных транспортных систем позволяют:

¾ отслеживать стиль вождения и фиксировать опасные тенденции;

¾ выявлять неисправности автомобиля;

¾ предупреждать об опасных участках дороги;

¾ фиксировать и оперативно реагировать на факты нарушения ПДД.

Примеры реализации систем управления транспортом

Умный общественный транспорт сегодня чрезвычайно актуален, поэтому в разных странах и городах ведется разработка и внедрение индивидуальных технических и программных решений, позволяющих сделать дорожное движение более безопасным и удобным.

1. Система «умный транспорт» в Сингапуре

В Сингапуре на большинстве дорог установлены детекторы транспорта и видеокамеры – каждые 500 и 1000 метров соответственно. Ими также оснащаются светофоры и городские автобусы. Все данные отправляются в единый центр управления, где они анализируются и используются для улучшения ситуации на дорогах. В стране работает планировщик поездок, для которого используются сведения из диспетчерских служб такси. С помощью этих данных вычисляется средняя скорость движения по основным автомагистралям, и планировщик корректирует выдаваемый маршрут. Активно используются радиоканалы, по которым передаются сводки о загруженности ключевых дорог и развязок. В часы пик информирование граждан учащается[16].

2. Япония

Основа ИТС Японии – система автомобильной информации и связи, на базе которой делают навигаторы для машин и через которую можно получить GPS-данные о загруженности дорог и объездных путях. Сведения передаются с придорожных передатчиков и маяков, установленных еще в 1995 году, в единый информационный центр. Информация о ДТП, ремонте покрытия и пробках поступает непосредственно на навигаторы водителей.[17]

3. Соединенные Штаты Америки

В стране для систем управления транспортом используется стандарт DSRC[18] – беспроводной канал связи. С помощью этого решения участники движения могут получать уведомления и предупреждения об аварийных ситуациях. Кроме того, американская транспортная система позволяет контролировать работоспособность автомобилей удаленно в режиме реального времени, собирать пошлины с применением электронных платежей, предупреждать о возможности лобового столкновения или переворота автомобиля и т.д.

Развитие ИТС

Многие компании сегодня специализируются на разработке интеллектуальных транспортных систем и средств цифровизации, так как они имеют громадный потенциал для всех без исключения участников дорожного движения. Уже сегодня в нашу повседневную жизнь вошли беспилотные автомобили, а следующий шаг – беспилотные автобусы и другой общественный транспорт.

В будущем пассажиры смогут выстраивать оптимальный маршрут для своих путешествий с учетом всевозможных внешних условий – загруженности дорог, местоположения общественного транспорта, аварий, доступности остановок и т.д. Умные технологии сделают жизнь намного удобнее и безопаснее.

Проблемы внедрения и стоимость интеллектуальных транспортных систем

Многие компании продумывают архитектуру интеллектуальных транспортных систем, предлагают все более современные и технологичные решения для контроля ситуации на дороге, однако далеко не все из них сегодня реализуются. Задача модернизации транспортной системы даже одного города имеет огромные масштабы. Проекты требуют порой сумасшедших инвестиций – чего только стоит установить камеры через каждые 500 метров на всех дорогах, как это сегодня делается в Сингапуре. И одними камерами проекты не ограничиваются: для их работы требуются невероятные ресурсы, поэтому развиваться и строиться умные системы могут только при наличии соответствующего институционального потенциала, которого нет в большинстве государств.

Умный транспорт в России

Среди стран, вставших на путь интеллектуализации транспорта, выделяют и Россию. В государстве делается немало для модернизации устаревшей системы. Например, внедряется геопозиционирование, позволяющее узнавать местоположение автобусов, электричек и других участников движения. Оно помогает не только самим пассажирам и путешественникам, но и владельцам бизнеса, желающим контролировать текущее местоположение своих транспортных средств. Работа умного транспорта с геопозиционированием реализуется через интернет вещей, где элементы системы обмениваются информацией между собой. Данные с датчиков из автобусов и на дороге поступают в специально созданное приложение, информирующее пассажиров о положении транспортного средства. Кроме того, во многих городах вводится система единой безналичной оплаты проезда, которая делает все финансовые операции полностью прозрачными.

В целом российская интеллектуальная транспортная система (РИТС) способна решать различные задачи, однако еще неизвестно, как будут реализованы все ее возможности на практике.

Согласно отчету департамента транспорта московского правительства за 2019 год,[19] в Москве работают 40 тысяч светофоров, подключенных к интеллектуальной транспортной системе, более 2 тысяч камер фотовидеофиксации, более 2,7 тысяч камер телеобзора. К ИТС подключены 27 экипажей дорожного патруля и ситуационный центр Центра организации дорожного движения, работающий круглосуточно. Частью ИТС является и парковочное пространство. Число платных парковочных мест в столице приближается к 100 тысячам.

Благодаря умной системе управления городским трафиком Москве удалось сократить смертность на дорогах почти вдвое с 2010 года (с 6,6 человек на 100 тысяч до 3,5 человека). Число ежедневных поездок на легковом авто снизилось на треть, доля легкового транспорта в рабочие дни – на 21 %. Время в пути до центра города с окраины в утренние часы сократилось на одну пятую. И, несмотря на то что за последние семь лет в столице резко выросло число зарегистрированных автомобилей (в полтора раза, не считая машин, приезжающих из Подмосковья), средняя скорость движения в часы пик увеличилась на 16 %.

Следом за Москвой ИТС стали создавать в центральной части России. Здесь заметные результаты показала Белгородская область. По словам заместителя губернатора Белгородской области[20], начальника департамента строительства и транспорта Евгения Глаголева, в регионе разработана концепция ИТС, а часть подсистем уже внедрена и работает. В результате аварийность в области снизилась на 10 %, а ущерб, наносимый дорогам большегрузным транспортом, – на 40 %.

ИТОГИ

С увеличением количества транспортных средств в мегаполисах остро встает проблема средней скорости движения и загруженности дорог. Многие города мира не первый год стоят в пробках, но лишь немногие их них смогли развязать этот «транспортный узел». Не всегда есть возможность построить новую дорогу или расширить существующую магистраль, поэтому решать проблему загруженных дорог необходимо с помощью современных технологий. Интеллектуальные транспортные системы призваны помочь в этом вопросе за счет эффективного управления светофорными объектами, средствами регулирования и мониторинга дорожного трафика, системами информирования участников движения о ситуации на дорогах и т.д.

В Москве уже несколько лет ведется планомерная работа по внедрению и интеграции элементов ИТС. В основе этого проекта лежит опыт Барселоны, так как города похожи между собой по структуре. ИТС в Барселоне – это неотъемлемая часть «умного» города, которая включает в себя системы управления парковочным пространством, освещением, мониторинга уровня различных типов загрязнения окружающей среды (выхлопные газы, мусор, шум и т.д.), контроля за соблюдением ПДД и фиксации нарушений, многочисленные IoT-решения и многое другое. Также предусмотрена интеграция с городским общественным транспортом и шеринг- системами (аренда велосипедов).

Если говорить о трендах, то следует отметить высокую заинтересованность пользователей ИТС в получении дополнительной информации о дорожном трафике. Например, раньше контроль дорожного движения строился на данных с датчиков плотности потока, которые оценивали только общую загруженность конкретного участка. Сейчас, благодаря развитию технологий на базе алгоритмов глубокого обучения, системы видеонаблюдения могут анализировать тип транспортного средства (легковой автомобиль, грузовой транспорт, автобус и т.д.), марку, цвет, траекторию движения и т.д. Искусственный интеллект превращает стандартную систему видеомониторинга в систему раннего предупреждения оператора и участников движения о проблемах на дорогах, предотвращения возможных инцидентов и заторов.

[1] https://www.ge.com/digital/iiot-platform

[2] https://new.siemens.com/ru/ru/produkty/programmnoe-obespechenie/mindsphere.html

[3] https://rio.cloud/de/

[4] https://skywise.airbus.com/

[5] https://www.boeing.com/company/key-orgs/analytx/index.page

[6] https://www.hitachi.com/rev/archive/2018/r2018_04/02a01/

[7] https://digital.gov.ru/common/upload/Avtomat250614.pdf

[8] http://spb112.ru/catalogue/4/

[9] https://tass.ru/obschestvo/7017266

[10] https://www.itc.by/adaptive-control/

[11] https://nch-spb.com/transponder/

[12] http://www.transportation.alberta.ca/Content/docType233/Production/Guide_info.pdf

[13] https://www.forbes.ru/tehnologii/340561-innovacii-v-parkovkah-kakie-tehnologii-mogut-pomoch-gorodskoy-infrastrukture

[14] https://www.kulon.su/upload/iblock/fee/automated_control_system_kulon.pdf

[15] http://codd.mos.ru/index.php/component/content/article/71

[16] https://sustainabledevelopment.un.org/content/documents/3756sun.pdf

[17] https://publikacia.net/archive/2016/4/1/27

[18]https://www.autotalks.com/technology/dsrctechnology/#:~:text=DSRC%20(Dedicated%20Short%2DRange%20Communications,involving%20cellular%20or%20other%20infrastructure.

[19] https://www.mos.ru/dt/documents/dokumenti/view/239617220/

[20] https://fabit.ru/belgorod-stal-primerom-v-sfere-czifrovizaczii-transporta/