Управление на градския трафик

Роля на Интернет на нещата (IoT)

Когато „интернетът на нещата“ - IoT, навлезе в градската инфраструктура, можем да очакваме пътната инфраструктура да си „говори“ с нашите автомобили и да разбира моментната картина на движението като мъдър градски планьор, който веднага намира начин да реши всички възникващи проблеми – още с тяхното зараждане.  Сензорите, датчиците и мрежовите технологии за тази цел вече са налице. Нужна е волята на градските власти, но не само. Потребно е цялостно разбиране за градската тъкан, за тенденциите в транспорта, строителството и градоустройството – и за ролите и особеностите на различните участници в движението.

Текст: списание Инфрабилд

Булеварди, по които се движат самоуправляеми коли, а безпилотни летателни апарати оказват първа помощ при нужда - така си представят интелигентния транспорт дизайнерите от италианското дизайнерско студио Carlo Ratti Associati и местната пътна агенция ANAS. Техният проект за „интелигентни магистрали“ разчита описаната картина да гарантира на пътуващите хора по-безопасно, по-бързо и по-ефективно придвижване. Освен да оказват първа помощ, дроновете ще предупреждават за опасни пътни условия напред по пътя. Системата, замислена от студиото, се базира на „летящи“ пилони, оборудвани с множество сензори и Wi-Fi връзки. На върха на всеки пилон следва да има станция за презареждане. От нея могат да излитат дронове, които извършват постоянен мониторинг на пътя. Безпилотните летящи машини могат да изпълняват серия задачи: всичко от поддръжка до пътна помощ, както и откриване на аварии, пожари и наводнения.

Събраната от дроновете информация ще има за задача да уведомява водачите в реално време за пътните условия, които ги очакват. Директни, персонализирани съобщения могат да бъдат изпращани до бордовите инфосистеми на автомобилите - за да предупреждават шофьорите за какво да бъдат нащрек. Всяко превозно средство от своя страна ще може да връща данни към системата. „С този проект се стремим да „наслагваме“ един дигитален „слой“ върху съществуващата физическата инфраструктура на нашата пътна мрежа,“ разказа Карло Рати, основател и съдружник на CRA и професор по градоустройствени технологии в Масачузетския технологичен институт. „Следващата стъпка ще бъде да се обединим данните в информационен пул, образувайки нещо като „интернет на пътищата“.

Интелигентните решения в съвременния град

Над 55% от населението на Земята днес живее в градове, по статистика на ООН. Към 2050 година този дял ще е дори по-голям - близо 70%. С увеличаването на градското население ефективният транспорт става критичен и за качеството на живот, и за икономиката, и за опазването на околната среда. „Умните“ светофари, вградени в пътната инфраструктура, които улесняват транспорта, са ключови компоненти на интелигентните системи за пътно движение. Ролята на смарт кръстовищата е да разпределят пътните потоци динамично, адаптивно, използвайки наличните ресурси по най-добрия начин според моментните потребности и приоритети.

Но „умните“ светофари са само началото. Има и други системи, които правят придвижването по-интелигентно чрез технологиите. Така е до голяма степен защото съвременното разбиране за добре устроения град изтласква автомобила от центъра на вниманието. Вместо него във фокуса остават градският транспорт, пешеходството, личните превозни средства. Например в град, в който много ЖП линии свързват сателитните градчета с централната градска железница (метро), следва да има система за синхронизиране на „външните“ и „вътрешните“ влакове. Тя ще се явява ключова за „интелигентността“ на транспортната мрежа. Може да се очаква, че с развитието на нови технологии, които към момента не се асоциират с трафичните системи - например дроновете - интелигентните системи за управление на транспорта ще стават все по-сложни, но и все по-динамични.

„Умно“ кръстовище

Интелигентното управление на трафика по кръстовищата е най-популярната и най-често внедрявана форма на IoT в пътищата. Това не е чудно. Прекарването на много време в задръствания е неприятно и има негативен икономически ефект. Екологичната вреда също е голяма. За да се избегнат, се разчита на сензори и датчици за превозните средства и околната обстановка, за да се наблюдава, контролира и реагира на условията на движение.

Целите на „умните“ кръстовища обхващат: намаляване на ежедневните задръствания; приоритизиране на трафика според промените в условията на движение в реално време; намаляване на замърсяването; приоритет за градския транспорт; подобряване на времето за движение на спешните служби. За целта се монтират камери и детектори за „опашки“ на кръстовищата. Те информират в реално време „главния мозък“ - системата за контрол за условията на движение - за натоварването на градските транспортни възли. Системата за управление изчислява дали е необходимо да се промени активността на светофара. Интелигентният софтуер за контрол на трафика пренастройва сигналите незабавно.

Същност на системата

Контролната система е „мозъкът“ на умното управление на кръстовищата. Обичайно нейна задача е да „разпознава“ задръстванията. Тя променя времетраенето на различните сигнали. Централната конзола също така синхронизира активността между светофарите. Знаейки къде колко автомобили чакат на червено или преминават на зелено и в каква посока отиват, тя може да „отпуши“ задръстването и да удължи зелената светлина на съседните светофарни уредби, за да не се натрупват поредни вериги от автомобили.

Някои интелигентни светофари помагат на водачите с препоръка за оптимална скорост на шофиране. Шофьорите, които поддържат тази скорост, могат да разчитат, че ще достигнат до следващия светофар, когато той е зелен. Това помага за намаляване на задръстванията. Т. нар. „зелена вълна“ в последно време тя бе отречена от градоустройствената наука, но съвсем наскоро учени от Технологичния институт в Карслруе установиха, че погрешно е „анатемосана“. Преобладаващата част от въздушното замърсяване около кръстовищата се дължи не на постоянно работещите двигатели на колите, а на праховите частици, отделяни от спирачните дискове при честото спиране, затова „зелената вълна“ е желана в градовете.

Важна част от работата на централната конзола е да дава приоритет на обществения транспорт пред частните автомобили. От нея се очаква и да дава предимство и на пешеходците и велосипедистите пред автомобилите. Съществена нейна задача е бързо да даде път на линейки, пожарни коли или полицейски патрули. За целта дори е желателно да се синхронизира и с централите за спешна помощ тип „112“. Свикнали сме да си представяме, че подобни централни конзоли представляват голяма стая с десетки монитори, на които в реално време се излъчва картина от всяко кръстовище, а отпред седи човек в стол и следи всичко, командвайки централната конзола. Съвременните системи за умно управление обаче все по-малко разчитат на човешка намеса. Вместо това те залагат на т. нар. машинно самообучение. Така постепенно се изгражда действително интелигентна система с елементи на изкуствен разум, която с течение на времето прави излишно човешкото участие.

Динамични паркинг-системи

Наред с умните светофари популярна част от „IoT в транспорта“ са динамичните паркинг-системи. Концепцията предполага всички обществени паркинги в града да имат броячи датчици за свободните места. Информацията се събира централизирано и се излъчва чрез множество канали за информация: върху светлинни табла по всички централни пътни артерии; като съобщение до смартфоните на водачите; като анонс до инфо-развлекателните бордови системи на автомобилите в центъра.

Динамична пътна сигнализация

Динамично променящите се пътни знаци са друг компонент от интелигентния транспорт в града. Вместо ламаринени табели с фиксирани изображения, динамичните пътни знаци имат светлинни пана, които се командват да показват различни изображения. Например, в студен зимен ден при силен снеговалеж те могат да се програмират да показват по-ниско ограничение за скоростта на движение, за да намалят риска от инциденти. Временно затворени пътища, задръствания и друга важна информация могат да бъдат оповестявани с динамични пътни знаци.

Перспектива

Очакването на експертите е навлизането на IoT в транспорта да се разгърне във всички компоненти на пътищата в градовете. Така например мантинелите около булевардите и разделителните линии могат да бъдат оборудвани с датчици, които излъчват сигнали - тези сигнали ще се „четат“ от автопилот-системите на автомобилите (и бъдещите самоуправляеми коли), за да може всяка лесно да следва своята лента на движение и да „разбира“ къде са физическите граници на пътя. Перспективата става все по-реалистична с появата на миниатюрни предаватели и приемници с ултраниска консумация на енергия като например работещите с протокола LoRaWAN. Техните излъчвания консумират толкова малко енергия, че батериите им могат да работят в продължение на няколко години. По аналогичен начин и знаците и маркировките могат да излъчва сигнали, четими за колите.

В обозримо бъдеще стълбовете на уличното осветление могат да поемат ролята и на клетки от новото поколение клетъчни мрежи (5G). Те ще са способни на мигновен пренос на огромни обеми данни (до 2 гигабита в секунда) с нищожно времезакъснение (10-20ms). Експертите очакват това да направи възможно движението на т. нар. самоуправляеми автомобили - такива, които не се нуждаят от водач, защото чрез сензорните си системи, вградените навигационни модули и бързата комуникация колите ще могат сами да се придвижат по зададен маршрут.

Примери от практиката

Централизираните системи за динамично управление на светофарните уредби са може би най-популярният вид „IoT в транспорта“, който се прилага по света. Един от градовете, в които вече действа подобна система за управление на трафика, е Питсбърг. Там внедряването се разглежда като изследователски проект без край. Работата се извършва в партньорство с университета Карнеги-Мелън. Местната инициатива „Metro21“ използва града като жива лаборатория за умните градски системи. Първите наблюдения показват, че при динамичното управление на светофарите колите прекарват 40% по-малко време в „работа на празен ход“. Това води до 21% намаление на вредните емисии.

Българската столица София е сред градовете, внедрили модули за интелигентно управление на светофарните уредби по големите кръстовища. Българският опит, впрочем, даде ценна информация за общността на експертите по интелигентни системи за трафик в глобален мащаб. Първоначалната версия на смарт-трафик управлението в София се базираше на сензорни подложки, разположени под настилката при кръстовищата. Те трябваше да дават информация за броя на превозните средства, които чакат „на опашка“. Оказа се обаче, че макар това да е естетически издържано решение (няма видими за окото броячи, камери и датчици), то е нефункционално: подложката не разпознава колко са превозните средства в колоната, нито от какъв вид са. Така се премина към алтернативна схема - с камери. Понастоящем почти всички проекти за умни светофари в градовете по света разчитат само на камери за преброяването на автомобилите в колоните пред светофарите.

В Естонската столица Талин пък градските планьори експериментират с динамично променящи се пътни знаци. Проектът стартира наскоро и ще тече до 2023 г. Сензори ще следят превозните средства по околовръстното и светлинни табели ще предупреждават водачите за потенциални опасности, а съществуващите ограничителни знаци ще променят лимита, който показват, в зависимост от текущите пътни условия. По този начин се очаква да се увеличи ефективността на движение и да се предложи шофиране по екологичен начин.

Барселона е един от емблематичните примери за умна транспортна система. Това, разбира се, е въпрос на чест - всяка година в този град се провежда Световният мобилен конгрес, най-голямото събитие на индустрията „ИТ и телекомуникации“. Градът е стигнал дотам, че движението с личен автомобил или такси в центъра се разглежда като лудост или извънредна екстравагантност. Общественият транспорт е най-доброто средство за придвижване.

Пешеходците и умният трафик

Именно пешеходците са на фокус в най-новия и предизвикателен проект за умен трафик във Виена: за динамични пешеходни светофари. Досега Виена разчиташе на такива с бутони. Сега обаче, с помощта на малки камери умните светофари ще разпознават кога приближава пешеходец и ще наблюдават посоката и поведението му, за да предскажат дали наистина иска да пресече пътя или просто минава покрай светофара. Така светофарите ще светват зелено сами, без нужда от бутон.

Системата е първа по рода си и разработването є бе голямо предизвикателство. Ако за човешкото око фигурата на човек е безпогрешно разпознаваема в едно изображение, то за компютъра човешкият силует в едно видео представлява просто купчина цветни пиксели. Затова системата дълго бе тренирана да разпознава човеците. После тя трябваше да се научи да разпознава намеренията да хората. Това бе най-голямото предизвикателство, според Харалд Бекерти от Wien Leuchten. Синхронизирането бе следващата голяма и трудна стъпка. Проблемът в този етап, според Бекерти, е, че множество пешеходци пресичат кръстовищата на нередовни интервали, а там има голям обем автомобилно движение, включително и на превозни средства с голяма инерция, например трамваи.

Смята се, че новата система може да бъде особено полезна в близост до училища, обществени сгради и музеи. Тя е разработена от екип от Техническия университет в Грац. Преди около три години пък щатският град Орегон даде интересен пример за използване на смартфоните на хората като „датчици“, за да подобри важна част от пътната си инфраструктура - мрежата от велосипедни алеи. Общината купи акумулирани данни за движението на велосипедистите от приложението Strava.

Strava е едно от популярните спортни приложения, с които активно спортуващите следят постиженията си - бегачите и колоездачи регистрират скоростта си, изминатото разстояние и маршрута си. За градските власти, които се чудят как да узнаят маршрутите на велосипедистите в града, агрегираните данни от сървърите на приложението са немислимо богатство от информация. Индивидуалните данни са анонимни, но системата показва обобщено колко са колоездачите, на каква възраст и от какъв пол, по кое време на деня как се движат, по какъв маршрут минават.