Горлов Ю. Г., г. Пермь
УДК 656.11
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
И ТЕЛЕМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
Обсуждается актуальность и перспективы автоматизации систем управления дорожным движением за рубежом, в России и Пермской области, в том числе на базе нового класса математических моделей транспортных потоков и аппаратно-программного комплекса «Сова-2».
Улично-дорожная сеть (УДС) города создается десятилетиями и для ее изменения необходимо время и значительные инвестиции. Структура и протяженность УДС города создаются на основе генеральных планов развития, ориентированных на определенный уровень автомобилизации. В течение длительного времени в нашей стране приоритет в развитии транспортного обслуживания отдавался общественному пассажирскому транспорту и в качестве расчетного уровень автомобилизации городов принимался 60 авт/1000 жителей. Именно на этот уровень автомобилизации и была создана вся транспортная инфраструктура и система управления дорожным движением современных российских городов.
Активная автомобилизация крупнейших городов Западной Европы, начавшаяся в 50-е годы, проходила практически по одной закономерности для всех стран: линейный рост количества автомобилей до уровня 300-350 авт/1000 жителей, затем замедление роста и стабилизация при уровне 550±50 авт/1000 жителей. В 2003 году уровень автомобилизации города превысил 300 авт/1000 жителей. Темпы автомобилизации российских городов, особенно таких мегаполисов как Москва, Санкт-Петербург, несколько большие, чем западноевропейских городов периода достижения ими уровня 300 авт/1000 жит, но спад темпа наблюдается также при уровне 250-300 авт/1000 жителей. Есть основание ожидать в российских городах предельный уровень автомобилизации порядка 550 авт/1000 жителей к 2020 – 2025 гг., что в полтора раза больше уровня, достигнутого сегодня на большей части территории России. Это требует пересмотра всей стратегии развития городов и городского транспорта [1].
Механическое развитие УДС города (увеличение ширины проезжей части магистральных улиц, пропускной способности пересечений) не может решить проблему городского движения по той причине, что современный уровень обеспечения потребности в движении горожан на собственных автомобилях не превышает 20 %. Эта ситуация сходна с подпором воды у искусственного сооружения: любое снижение загрузки одной улицы или района города сразу же привлечет дополнительный объем движения и восстановит предельный уровень загрузки. Для удовлетворения спроса на поездки по городу на автомобиле только для сегодняшнего уровня автомобилизации требуется увеличение пропускной способности УДС не менее, чем в 5 раз, а увеличение емкости парковок более, чем в 20 раз.
При решении проблемы организации городского движения и управления транспортными потоками в международной практике широко используется система Интеллектуальной Транспортной Инфраструктуры, способной эффективно управлять существующей дорожно-уличной сетью дорог с учетом ее плотности и пропускной способности.
Во всем мире использование Систем Информационного Обеспечения Транспорта (Intelligent Transportation Systems, далее ITS) возрастает с каждым годом. Под ITS понимают применение современных технологий связи, управления, компьютерного оборудования и программного обеспечения для улучшения эффективности и безопасности работы наземного транспорта.
Аббревиатура ITS, появившаяся в США, стала международно признанным сокращением для Систем Информационного Обеспечения Наземного Транспорта. Внедрение ITS значительно изменило всю структуру наземных перевозок в мире. В 1991 г. Конгрессом США был принят специальный законодательный акт ISTEA, об увеличении пропускной способности автомобильных дорог, уменьшении или исключении транспортных заторов, повышении уровня безопасности движения за счет широкого применения передовых современных технологий.
Министерство Транспорта США, в целях реализации задач поставленных Конгрессом, разработало Стратегический План. Независимые эксперты оценили, что реализация этого плана, позволит к 2011 году снизить ущерб от перегруженности городских дорог на 8%, сохранить при этом более 3000 жизней и избежать приблизительно 400 000 ДТП в год. Кроме того, оценка Стратегического Плана также показала, что города, которые используют ITS, смогут уменьшить загруженность дорог к 2011 г. приблизительно на 20 %, в итоге десятки миллионов водителей в США получат выгоду от развития ITS.
Возможности многофункциональной компьютерной технологии, которая уже более 20 лет успешно решает оптимизационные задачи организации и управления дорожным движением как в Германии, так и во многих странах мир, следующие:
Программный комплекс лежит в основе транспортно-информационных систем более чем в 25 странах. В числе наиболее известных пользователей: Немецкие железные дороги; Центральный департамент управления транспортом городов Берлина, Мюнхена, Дрездена и всех городов Германии с населением более 100 тыс. человек. Комплексные транспортные схемы этих городов создаются и развиваются только на информационной платформе РТV VISION; Полицейские управления Германии (в частности Нордхаузена – Федеральная земля Тюрингия) для анализа ДТП.
Резкий рост автомобилизации, наблюдающийся в последнее десятилетие во всех городах России, и в частности в Перми, ведет к обострению всего комплекса транспортных проблем: снижению скоростей движения транспорта, заторам, росту аварийности, ухудшению экологических показателей, характеризующих качество городской среды.
Радикального улучшения условий движения транспорта в городе на длительную перспективу можно достичь при осуществлении мер градостроительного характера: строительством мостов, тоннелей, пробивкой новых магистралей. Осуществление таких проектов требует значительных финансовых вложений и затрат времени. Анализ показывает, что значительно смягчить ситуацию позволит комплекс мероприятий, связанных в основном с совершенствованием управления транспортными потоками в городе – внедрением автоматизированной системы управления дорожным движением (АСУДЦ) на улично-дорожной сети города. Эти мероприятия могут быть реализованы в кратчайшее время с минимальными затратами и по предварительной оценке позволят сократить задержки транспорта на 15 – 40%, сократить объем эмиссии выхлопных газов на 10 – 28%, повысить безопасность движения и снизить вероятность возникновения заторов. Развитие систем автоматизированного управления дорожным движением, наряду с разработкой комплексной схемы организации движения транспорта в пределах центра Перми и оптимизацией системы парковки автотранспортных средств, относится к комплексу первоочередных работ по этому направлению.
В современных условиях мало кто представляет развитие транспортных систем (ТС) без использования последних достижений информационных технологий и систем связи. Для обозначения симбиоза двух высоких технологий даже введен специальный термин – телематика. Наиболее яркий пример использования достижений телематики на транспорте – система сбора платы за пользование автомагистралями грузовыми автомобилями в Германии. На основе телематики появилась возможность автоматизировать управление определенными функциями ТС и далее создать полностью автоматические системы. Например, автоматическая система скоростного транспорта АКТ компании Bombardier Transportation
Использование телематики в управлении ТС позволяет кардинально повысить эффективность и качество их работы. Поэтому ТС с использованием автоматизированных систем управления, построенных на основе телематики, получили во всем мире специальное наименование – интеллектуальные транспортные системы (ИТС). Отличительный признак ИТС – автоматическое (или с минимальным участием оператора) формирование управляющих воздействий в режиме реального времени на объекты ТС. Для этого в системе должна функционировать обратная связь, обеспечивающая автоматическую передачу оперативных данных о работе объектов ТС в блок управления.
Автоматизация управления дорожным движением на компьютерной основе нуждается в эффективных математических моделях транспортных потоков, способных адекватно прогнозировать состояние дорожной сети. Для решения этой задачи целесообразнее использовать новый класс моделей транспортных потоков [2]. Этот класс проистекает из известных вероятностных моделей, погруженных в городскую сеть, «провоцирующую» возникновение на дороге сгущения автомобилей, которые принято в ряде случаев называть пелетонами.
Для современной жизни характерна высокая интенсивность дорожного движения, в которое вовлечены огромные массы людей, колоссальное количество транспортных средств и множество организаций. Управление такой большой социальной системой является процессом сложным, многоаспектным и многоплановым. В связи с этим актуальна разработка формальных подходов к организации дорожного движения, обеспечивающих возможность объяснения многих проблем, принятия на их основе обоснованных решений, а также разработка методов, позволяющих повысить эффективность дорожного движения на всех уровнях.
Большая размерность задач в этой отрасли народного хозяйства требует применения методологии, ведущей к формальным алгоритмизируемым на ЭВМ процедурам. Вызывают интерес возможности известного функционального подхода, базирующегося на формализации совокупности процессов как элементарных функций системы, трудоемкое описание которых с лихвой компенсируется алгоритмическими возможностями формального анализа и синтеза любой композиции этих элементарных конструкций.
Имея полное описание всех функциональных элементов транспортной сети, можно строить эффективные процедуры анализа ее пропускной способности в пространстве интенсивностей транспортных потоков и синтеза управленческих решений, расширяющих эти ее свойства.
Названные модели транспортных потоков могут опираться на хорошо зарекомендовавший себя в Пермской области и за ее пределами аппаратно-программный комплекс (АПК) "Сова-2", предназначенный для автоматической идентификации государственных регистрационных знаков, распознавания цвета и измерения скорости движения автотранспортных средств, автоматической проверки считанных государственных регистрационных знаков по базам данных различного уровня и назначения, в том числе по базам федерального, регионального и оперативного розыска, ведения базы данных автотранспорта, проследовавшего через пост, оборудованный данным комплексом.
АПК "Сова-2" рассчитан на использование в интересах ГИБДД и других подразделений УВД, таможенной и налоговой служб, прокуратуры, судов и других правоохранительных органов и обеспечивает решение многих задач.
Актуальность развития автоматизированных и телематических систем управления дорожным движением для Пермской области объясняет целесообразность обсуждения этой тематики в сочетании с проблемами инноваций и инвестирования.
Литература