Интеллектуальные транспортные системы
Главная Блог Дороги Интеллектуальные транспортные системы: влияние на безопасность и роль в «Умном городе»

Интеллектуальные транспортные системы: влияние на безопасность и роль в «Умном городе»

02 сентября 2021

Интеллектуальная транспортная система является неотъемлемой частью современного города, с помощью которой организуется безопасность дорожного движения. Используется она и на крупных трассах (при внесении незначительных изменений в структуру).

На Западе внедрение ИТС идет полным ходом, и есть страны, которые используют данные системы практически в каждом городе. В статье мы расскажем, что делается в России в данном направлении, рассмотрим виды и задачи ИТС, определим сложности ее внедрения.

Понятие и цели интеллектуальной транспортной системы

Интеллектуальная транспортная система (ИТС) представляет собой совокупность технических комплексов и подсистем по обеспечению и контролю безопасности дорожного движения с функцией предоставления необходимой информации для владельцев транспортных средств и других субъектов дорожно-транспортного процесса.

Понятие и цели интеллектуальной транспортной системы
Понятие и цели интеллектуальной транспортной системы

Особенность новейших ИТС заключается в том, что они меняют статус транспортных средств и других участников движения, которые из категории независимых, непрогнозируемых и самостоятельных переходят в разряд прогнозируемых и предсказуемых субъектов информационно-транспортного пространства. В этом контексте стоит выделить наиболее важную задачу, связанную с развитием телематических систем дорожно-транспортной инфраструктуры.

Интеллектуальная транспортная система должна обеспечивать эффективное взаимодействие всех участников дорожного движения в автоматизированном режиме в реальном времени на принципах адаптивности.

Важнейшим элементом ИТС выступает объединение дорожной, транспортной, технологической, сервисной и информационной инфраструктур в единый комплекс. Он состоит из ряда подсистем, способных обеспечить диспетчерское сопровождение и оперативную координацию действий ведомств, служб и различных субъектов, вовлеченных в процесс организации и обеспечения дорожного движения. Чтобы взаимодействие подсистем ИТС было эффективно, формируют территориальные диспетчерские центры. Единый контролирующий орган, который будет собирать информацию и осуществлять планирование ремонта, развития дорожно-транспортной инфраструктуры, мониторить показатели эффективности диспетчерских центров, создается на федеральном уровне.

Элементы интеллектуальной транспортной системы
Элементы интеллектуальной транспортной системы

Элементы интеллектуальной транспортной системы

Дорожно-транспортные ИТС включают широкий перечень функциональных устройств, обеспечивающих сбор информационных данных, управление потоками транспорта и предоставление необходимой информации субъектам дорожного движения.

Для того чтобы кардинально изменить ситуацию с безопасностью на дорогах, необходимо обеспечить оснащение интеллектуальных транспортных систем современным оборудованием, включая:

1. Дорожные камеры видеонаблюдения.

Камеры, установленные на автомагистралях – это «глаза» современных ИТС. Для оборудования интеллектуальной транспортной системы и систем регистрации нарушений правил дорожного движения разработчики используют специальные видеокамеры промышленного назначения с высоким разрешением.

Такие устройства обеспечивают эффективное наблюдение за транспортным потоком, могут выделять и трассировать объекты в движении с распознаванием номерных знаков.

2. «Умные светофоры».

К «Умным устройствам» регулировки дорожного движения с помощью цветосветовых сигналов относят оборудование с управляющим ПО, которое позволяет принимать самостоятельные решения на основе полученных с других приборов данных о транспортном потоке.

«Умные светофоры» работают в трех режимах:

  • Локальный. Оборудование работает по установленной программе, которая учитывает изменение трафика в разное время суток (например, пиковая загруженность дорог утром и вечером).
  • Координированный. Согласуется работа ряда световых устройств регулировки дорожного движения, расположенных на одном участке. Такой режим, как правило, применяют на скоростных магистралях. В этом случае происходит синхронизированный пропуск некоторого количества транспортных средств и обеспечивается поддержание определенной интенсивности движения в зоне действия светофоров.
  • Адаптивный. Световое устройство регулировки дорожного движения работает самостоятельно, принимая решение автоматически, исходя из поступающей информации о ситуации на дороге. Сведения об интенсивности движения проходят через специальные датчики и индукционные петли.

В мегаполисах, где применяются интеллектуальные транспортные системы, в обязательном порядке работает ситуационный центр, обеспечивающий беспрепятственный проезд автотранспорта экстренных служб.

Элементы интеллектуальной транспортной системы
Элементы интеллектуальной транспортной системы

3. Детекторы трафика.

В эту группу входит измерительное оборудование, оснащенное чувствительными микроэлементами, усилителем, преобразователем и выходным устройством. Детекторы трафика обеспечивают фиксацию проезда или нахождения автомобиля в определенной зоне. Затем они формируют специальный сигнал, усиливают его, обрабатывают и генерируют в том виде, который необходим для регистрации.

Разные типы детекторов трафика отличаются принципом действия чувствительных элементов. Они могут быть:

  • контактными;
  • электромагнитными;
  • лучевыми.

4. Электронные устройства оплаты проезда.

Процедура оплаты проезда отдельных участков дороги может приводить к образованию пробок. Чтобы уменьшить такие заторы, используются электронные средства оплаты проезда, или транспондеры. Такое оборудование дает возможность автовладельцам проезжать пункты пропуска без остановки. Специальные приемно-передающие устройства с уникальным лицевым счетом и идентификационным номером монтируются на лобовом стекле машины. Для совершения транзакции автомобиль должен снизить скорость движения до 30 км/ч, и оплата произойдет автоматически.

5. Информационные табло.

Мониторы являются основным оборудованием, предоставляющим автомобилистам сведения о ситуации на автомагистралях. На информационное табло могут выводиться сведения по:

  • загруженности участков автодороги;
  • ДТП в определенном направлении;
  • численности общественного транспорта;
  • состоянии автомагистралей; и др.

6. Паркоматы.

В вопросах организации безопасного дорожного движения в городе важное место занимает обустройство парковок. Для этого устанавливают паркоматы, обеспечивающие автоматизацию оплаты за стоянку автомобилей. Такое оборудование позволяет владельцам ТС самостоятельно осуществлять оплату по установленным тарифам.

Паркоматы значительно упрощают процесс парковки для водителей и снижают затраты на организацию парковочного процесса за счет сокращения расходов на оплату труда персонала.

7. Автоматизация освещения дорог.

Для автоматизации освещения городских улиц используются специальные системы интеллектуального управления, которые могут на основании данных о погоде, дорожном трафике, времени суток и других факторов принимать решение о включении/выключении осветительных приборов.

Алгоритм работы таких систем предполагает сбор данных с разных датчиков, которые фиксируют загруженность и освещенность автодорог в каждой зоне.

8. Оборудование автоматической фиксации нарушений ПДД.

Это один из наиболее важных элементов интеллектуальной транспортной системы. Такое оборудование не только обеспечивает фиксацию, но, что еще более важно, предотвращает нарушение правил дорожного движения.

Средства фиксации могут запечатлеть любое несоблюдение ПДД и обеспечить неотвратимость наказания за создание аварийной ситуации, поэтому после их установки водители становятся аккуратнее и ответственнее.

Необходимые условия для работы интеллектуальной транспортной системы

Внедрение интеллектуальных транспортных систем в городских условиях требует:

  • поиска информации;
  • анализа трафика;
  • моделирования, прогнозирования движения;
  • перевода данных с одной точки в другую;
  • управления дорожным движением и, при необходимости, ТС.

Современные технологии необходимы для стабильной работы системы «Умного транспорта» в городе. Они позволяют вести обмен данными через центр системы, входящие в неё комплектующие, а также между определёнными компонентами. Одним из обязательных элементов каждого транспортного решения в современном мире являются информационные подсистемы, предназначенные для оптимизации доступности информационного потока тем, кто активно пользуется общественным транспортом.

Все описанные выше элементы необходимы для управления транспортными системами с интеллектом, для эффективной работы перекрёстков, дорог и автомагистралей за счет:

  • улучшения движения общественного и частного транспорта;
  • моментального реагирования на дорожную ситуацию;
  • обеспечения безопаснсти движения;
  • предотвращения каких-либо нарушений; и т. д.

В каждом городе должен создаваться единый центр интеллектуальной транспортной системы, куда будет передаваться информация о ситуации на дорогах с детекторов мониторинга транспортных потоков и с видео-, фотокамер. Это всё доступно в режиме онлайн.

Система должна обеспечивать фиксацию скорости потока, количество транспорта, погодных условий, состояния дороги. Если произойдёт ДТП, система предупредит о трудностях на трассе и проинформирует о доступном варианте объезда. Сигналы всех располагающихся рядом светофоров должны синхронизироваться в соответствии с загруженностью ближайших перекрёстков. Такая система позволит контролировать загруженность потоков, формировать новые оптимальные и исключать непопулярные маршруты.

Необходимые условия для работы интеллектуальной транспортной системы
Необходимые условия для работы интеллектуальной транспортной системы

Требования к разработке ИТС

Физическую и функциональную архитектуру локального проекта ИТС (LP ITS) создают в два этапа:

  • Построение преждевременной функциональной и физической архитектуры (идеальной модели LP ITS);
  • Разработка физической и функциональной архитектур (точной модели LP ITS).

Функциональная и физическая архитектуры LP ITS должны создаваться на основе предварительной соответствующей архитектуры с высокой степенью детализации функций/подсистем LP ITS.

Роль АСТИ в ИТС

В ИТС входит АСТИ (Автоматизированная Система Транспортной Информации). Данная система необходима для сбора информации о движении на дороге – настройках транспортных потоков (автомобили, велосипеды и др.) в мгновенных срезах с определённым периодом контроля и сводимых по выбранным территориям и времени. В АСТИ находится вся информация, нужная для принятия решений и прогнозирования транспортных ситуаций, для разработки динамичных схем реагирования ИТС на изменения. Для получения базовой информации используются любые доступные ИТС источники: видеокамеры, детекторы, бортовые системы транспорта для пассажиров, «Умные светофоры» для пешеходов, оборудование прокатных станций электросамокатов и велосипедов, и т. д.

Роль АСТИ в ИТС
Роль АСТИ в ИТС

Получаемые из АСТИ данные используются не только в ИТС, но и в других системах «Умного города». Благодаря интеграционной шине, информация из АСТИ переправляется в нужное время в каждую систему-потребитель. Это необходимо при планировании управления разными элементами городской жизни, но самым важным является использование матрицы корреспонденций.

Матрица корреспонденций транспортных потоков – это база оценки и описания динамики движения транспорта из разных мест к определённым точкам притяжения на улицах города. В транспортном моделировании матрица корреспонденций предназначается для прогнозирования количества машин, передвигаемых из одного района в другой. При этом обращается внимание на время, день недели, метеоданные, сезон и другие сопутствующие факторы. Но матрица может применяться и в других процессах «Умного города», непосредственно связанных с автомобилями и транспортом, управляемых с помощью информационных и автоматизированных систем. Например:

  • Управление освещением на улицах в зависимости от частоты движения на участке дороги.
  • Перерасчёт затрат электрической энергии по потребителям, в зависимости от количества людей в районе города.
  • Продуктивная эксплуатация автомобилей ЖКХ.
  • Сбор информации о нагрузке на экологию города и воздействие на уменьшение этого влияния.
  • Разработка планов строительства коммерческих, жилых кварталов и соответствующее изменение политики развития города.

ASTI – одна из основных подсистем ITS высокого уровня, которая получает информационные потоки из всех базовых структур ITS, объединяет их и распределяет среди заинтересованных потребителей. Принимая во внимание парадигму DDC, такие данные должны быть доступны для всех акторов города (жителей, предприятий, государственных учреждений и др.). В данном случае появляются новые возможности использования информации о дорожном движении, а включение этих данных в базу системы «Умных городов» позволит повысить их эффективность.

Нейронные системы и искусственный интеллект в ИТС
Нейронные системы и искусственный интеллект в ИТС

Нейронные системы и искусственный интеллект в ИТС

Искусственный интеллект с машинным зрением выводит сбор данных и анализ трафика на новый уровень. Существующие датчики транспортного потока используются уже давно и имеют довольно низкую себестоимость.

Эти знания можно использовать при планировании комфортной городской среды. Например, при выявленных высокой нагрузке на тротуары (плотный поток пешеходов) и редком движении автотранспорта на участке дороги, городские власти по данным ИТС могут решиться сузить проезжую часть и расширить тротуар. Датчик ITS оснащен детектором оценки размеров, который позволяет лишь приблизительно различать легковые и грузовые машины. А нейронные сети надежнее распознают транспортные средства и даже могут различать типы грузовиков (мусоровозы, водоочистители, снегоуборочные машины и др.), что позволяет контролировать работу дорог и городских служб. Существуют также детекторы, которые обнаруживают остановку ТС, начало скопления, начало движения автомобиля и ликвидацию затора в данном месте.

Решения ITS на основе нейронных сетей дороже датчиков, но гораздо функциональнее; их возможности: распознавание номерных знаков, обнаружение остановок транспортных средств, подсчет ТС и пешеходов, надежная идентификация автомобиля, контроль работы в определенных областях, предоставление исходной информации в единую базу данных ИТС.

Чтобы сделать систему максимально эффективной с финансовой точки зрения, имеет смысл использовать одну и ту же инфраструктуру для разных целей. Например, системы видеонаблюдения – для обеспечения безопасности движения, сбора данных ITS, аккумулирования информации о ситуации в городе, мониторинга работы различных служб (уборка снега, вывоз мусора и т. д.) и планирования деятельности. Итог – необходимые изменения в городской среде: увеличение или уменьшение тротуаров, размещение парковочных мест, управление освещением и т. п.

Отличия в использовании ИТС на федеральных трассах

Интеллектуальные транспортные системы в мегаполисах отличается от ИТС на федеральных трассах. Но эксплуатация ИТС в любой сфере улучшает безопасность движения, повышает грузо- и пассажирооборот, сокращает затраты на ремонт и содержание дорог, и т. д.

Центры ситуаций на федеральных трассах проводят анализ данных камер и датчиков, всегда следят за количеством машин, метеоданными и иными характеристиками. Соответственно, на дорогах работают табло, информирующие участников движения о проблемах на дороге.

Отличия в использовании ИТС на федеральных трассах
Отличия в использовании ИТС на федеральных трассах

Рассмотрим пример. Трасса М-4 «Дон» протяженностью 400 км работает в платном режиме. На площадке от 21 до 93 км проходит автомагистраль технической категории 1А. Это трасса с раздельными транспортными потоками и без светофоров. В этой части пути можно использовать ITS, чтобы отслеживать движение, контролировать дорогу, получать актуальные данные о погоде и будущий прогноз, получать информацию об изменении дорожных условий.

Возле трассы, на расстоянии 2 – 4 км друг от друга, находятся желтые терминалы с надписью SOS, по которым можно вызвать аварийного комиссара. Также необходимая помощь предоставляется, если позвонить оператору в контактный центр платных дорог 8-800-707-23-23. В зависимости от ситуации, дорожный комиссар обязан вызвать экстренные службы для оказания помощи и эвакуации автомобиля на специальные парковки.

Всегда на участке платной дороги на знаках отображаются ближайшие отели, автозаправочные станции, автомастерские, кафе-центры, туалеты, иные места. Глава Росавтодора Роман Старовойт сообщил, что в 2016 году специалисты провели анализ и оптимизировали работу пунктов обслуживания на федеральной трассе. Было выяснено, что резервирование зоны обслуживания приводит к перегрузкам и авариям. После сбора данных и их анализа был создан генеральный план служебной зоны. Росавтодор планирует в ближайшее время создать 800 новых объектов и 250 многофункциональных заводов.

Использование ИТС в развитых странах

  1. Япония. Япония была одной из первых стран мира, приступивших к разработке ИТС. В 1973 году японцы провели исследования в этой области и начали внедрение интегрированной системы управления автомобильным транспортом. В 2003 году они разработали «Стратегию развития ИТС в Японии» с тремя декларируемыми целями. Страна представлена как: зона нулевых потерь на трассах; территория с нулевыми незапланированными задержками на дорогах; место с комфортными транспортными условиями (с нулевыми неудобствами).

    Сегодня в Токио в основном используется система информации и связи для транспортных средств (VICS). Придорожные передатчики и маяки для них были установлены в городе в 1995 году. Японские автопроизводители начали создавать автомобильные навигаторы, поддерживающие VICS, и в течение нескольких лет страна была охвачена динамичной информационной сетью. С ее помощью водитель получает GPS-данные о пробках и возможных объездных маршрутах.

  2. Сингапур. Сингапур – еще одна страна, в которой много внимания уделяется развитию ИТС. Здесь детекторы движения установлены по дороге на расстоянии 500 метров, а видеокамеры — на каждом километре трассы. Светофоры и автобусы оснащены системами видеонаблюдения, автомобили такси – транспондерами. Информация с этих и подобных устройств поступает в единый центр управления дорожным движением. Пешеходы могут переключать сигналы светофора с помощью кнопки, а некоторые категории граждан (пожилые люди и инвалиды) имеют право переходить дорогу по «зебре» со своими смарт-картами.

    В Сингапуре пользователи камеры J-Eye могут отслеживать пробки и видеть припаркованные с нарушением правил автомобили, отслеживать в режиме онлайн трафик.

    Использование ИТС в развитых странах
    Использование ИТС в развитых странах
  3. Корея.

    Корея является одним из самых востребованных и технологичных разработчиков ИТС. Кроме популярных программ, в Корее создают уникальные разработки. Например, в городах Сеул и Пусан (один из самых развитых и современных мегаполисов Азии) терминалы автобусной информации связаны с транспортными средствами через центр управления. Он отправляет данные на остановки (U-Shelter), поэтому пассажиры знают, какой маршрут задерживается, на сколько и по какой причине. Если информационный экран на остановке по какой-либо причине не работает, можно позвонить в контактный центр.

Эффект от использования ИТС в России

Конечно, столица РФ, перегруженная транспортом, первой внедрила ИТС. По данным отчета Департамента транспорта правительства Москвы за 2019 год, в городе работает 40 тыс. светофоров, подключенных к интеллектуальной транспортной системе, более 2 тыс. фото-, видеокамер, более 2,7 тыс. телекамер. К ИТС подключены 27 бригад ДПС и ситуационного центра ЦОД, работающих круглосуточно. Парковочные места также является частью ИТС. В Москве количество платных парковочных мест приближается к 100 тысячам.

Благодаря введению «Умной системы» управления интеллектуальной транспортной системы Москва смогла почти в 2 раза снизить смертность на дорогах с 2010 года (с 6,6 человек до 3,5 человек на 100 тысяч населения). Количество ежедневных поездок легковых автомобилей сократилось на треть, доля пассажирского транспорта в будни – на 21 %. Время в пути утром с окраин до центра города сократилось на пятую часть. Даже если учитывать, что с 2014 года количество зарегистрированных в городе автомобилей резко увеличилось (в 1,5 раза, не учитывая машины из Подмосковья), средняя скорость транспорта в час пик выросла на 16 %.

По примеру Москвы ИТС начали устанавливать в центральной части Российской Федерации. Белгородская область здесь показала достойные результаты. Как заявил заместитель губернатора Белгородской области, начальник управления строительства и транспорта Евгений Глаголев, в регионе создана концепция ИТС, некоторые подсистемы уже внедрены и хорошо функционируют. После введения ИТС в регионе аварийность снизилась на 10 %, а проблемы, создаваемые дорогам большегрузным автотранспортом, — на 40 %.

Эффект от использования ИТС в России
Эффект от использования ИТС в России

Проблемы внедрения ИТС в РФ

Уровень задач, их сложность, необходимость привлечения огромных инвестиций для внедрения интеллектуальных транспортных систем, заставляют задумываться не столько о научном и производственном аспекте этой проблемы, сколько об организационных моментах. Для реализации таких проектов необходим соответствующий институциональный подход.

В настоящее время в РФ не определены государственные структуры, которые должны заниматься развитием ИТС, отводя этому направлению основную роль в инновационном развитии транспортной инфраструктуры. Для внедрения таких интеллектуальных систем необходимо обеспечить слаженность действий многих структур: федеральных и территориальных органов управления, производителей элементов ИТС, муниципальных и частных транспортных компаний, служб безопасности дорожного движения и т. д. Все участники процесса должны работать в рамках единой государственной программы, которая даст возможность объединить усилия страны, федеральных субъектов, коммерческих структур разных уровней и сегментов рынка для реализации национальных задач транспортного комплекса.

Огромную сложность в вопросах реализации целей по внедрению ИТС создает отсутствие необходимой правовой базы в области ОДД (организации дорожного движения), работающей в отдельных населенных пунктах. Это приводит к тому, что установка оборудования, входящего в состав интеллектуальных транспортных систем, на отдельных автомагистралях затруднена по причине длительности согласования в структурах городского управления. Поскольку концепция таких систем базируется на поэтапном внедрении в городскую инфраструктуру (другими словами, задержка с внедрением одного элемента делает невозможной внедрение всей системы), то к завершающему этапу реализации проектов ИТС можно будет подойти минимум лет через 10.

Более того, до настоящего времени нет четкого распределения полномочий органов федеральной власти и субъектов Федерации, местного самоуправления по организации и планированию мероприятий в сфере организации дорожного движения. Многие сложности транспортной логистики в городах как раз и обусловлены размытостью ответственности. Для разрешения сложившейся ситуации необходимо внести изменения в существующие нормативные акты, регулирующие ОДД. Существует парадокс, при котором государство, занимаясь вопросами безопасности на дорогах, не решает проблем, связанных с улучшением транспортной логистики и не предпринимает шагов по повышению эффективности ОДД в городах.

Стоит отметить также отсутствие квалифицированных специалистов в сфере развития интеллектуальных транспортных систем. Необходимо создавать специализированные научные и образовательные центры, но сегодня это чрезвычайно сложная задача, решению которой препятствуют административная разобщенность, отсутствие специализированных направлений высшей школы и несовершенство существующих стандартов в области образования. Опыт ведущих европейских стран показал, что для удовлетворения спроса на квалифицированные кадры в транспортной сфере стоит продумать систему открытых университетов, примеры которых представлены в Гонконге или в Великобритании. Соответствующие предложения уже направлены в министерства транспорта и образования РФ.

Чтобы эффективно осуществить внедрение интеллектуальной транспортной системы, городские власти должны принять ряд соответствующих постановлений в сфере организации дорожного движения. Затем проводится анализ по определению наиболее загруженных участков автомагистралей и можно приступать к реализации задач ИТС с учетом имеющегося опыта. Внедрение интеллектуально транспортной системы в столице может существенно повысить лояльность москвичей к городским властям. Постепенная реализация таких проектов в российских мегаполисах – важный аспект экономического развития РФ.