Город без пробок. Шаг 3: Зеленая волна
Новогодние праздники - уникальное время для автомобилистов, особенно в Москве. Единственное время, когда дороги пустые в любое время суток, кроме того, еще и парковка бесплатная! Красота. Но скоро все изменится. Через неделю народ вернется из отпусков, а это значит, что крупные города снова встанут в бесконечных пробках. Но когда-нибудь пробки исчезнут. У некоторых городов же получилось избавиться от пробок, получится и у Москвы, Питера и Омска. А пока перенесемся в Сингапур и посмотрим, как они там справляются.
Посты про транспортное регулирование в Сингапуре мне помогал готовить Арсений Чернов, за что ему большое спасибо. Именно он часами мучал сингапурских профессоров, чтобы они открыли ему все секреты города без пробок. У Арсения есть ЖЖ:
sglah. Рекомендую подписаться, там иногда появляются интересные посты про жизнь в Сингапуре. Напомню, что всего в Сингапуре три рычага управления автотранспортом:
1) ERP — система платных дорог - про это я уже недавно писал, почитайте.
2) COE — лицензия на покупку машины, подробности здесь.
3) GLIDE / EMAS — интеллектуальные системы управления потоками "Зеленая волна", тема сегодняшнего поста.
Первый пуск системы определения "зеленой волны", Green LInk Determining System (GLIDE) состоялся в Сингапуре в 1988 году. Система была внедрена сразу на 200 наиболее загруженных перекрестках центра города. В задачи системы входило:
— Гибкое регулирование времени "зеленого" сигнала светофора, в зависимости от текущих потребностей водителей и пешеходов
— Согласование расписания "зеленой волны" между соседними перекрестками для минимизации остановок транспорта
— Возможность оперативно восстановить расписание наземного транспорта, в случае сбоев или аварий
Поясню принцип работы "зеленой волны" на примере Дании.
Одна из самых известных улиц с "зеленой волной" в мире — это улицу Nørrebrogade в центре Копенгагена. На приведенном ниже рисунке на горизонтальной оси в масштабе отражены расстояния между перекрестками со светофорами. На вертикальной оси отражено время, затрачиваемое на зеленый сигнал светофора на перекрестке. Используя оптимальное регулирование длительности сигналов в "зеленой волне", на небольшой центральной улице Копенгагена транспортные планировщики смогли ввести гарантированное непрерывное движение для тысяч и тысяч… нет, не угадали! Для тысяч и тысяч велосипедистов:
Двигаясь со скоростью 19.3 км/ч на собственном или прокатном велосипеде
На улице Nørrebrogade автомобилисты опережают велосипедистов, двигаясь с более высокой средней скоростью, но не могут "поймать" непрерывное движение — им приходится останавливаться для пропуска транспорта с примыкающих улиц. Машин по улице в проезжает до 17000 в день. Также, с интервалом в 1 минуту по этой улице следуют автобусы, которые совершают обязательные остановки и почти попадают в ту же волну, что и велосипедисты. Есть большое количество примеров внедрения приоритетов "зеленой волны" для велосипедистов (например на случай дождя, чтобы велосипедисты не мокли)… Но… Пока в Сингапуре не изобретут велосипед с зонтом от тропических ливней… на котором были бы размещены солнечные батареи… питающие кондиционер для охлаждения велосипедиста… В общем, пока такой велосипед не появится, про GLIDE следует говорить как о системе управления автотранспортом, и только им.
На данный момент в Сингапуре GLIDE работает в 18 районах города (а всего их 28), управляя в общей сложности 2,200 перекрестками. GLIDE является многоуровневой системой, с местными (на перекрестках), районными (региональными), а также центральными узлами в единой компьютерной сети. GLIDE — это система “гибридного”, то есть “адаптивно-реагирующего" типа, которая координирует схемы обеспечения заданной пропускной способности между районами за счет активного вмешательства в сигнальные режимы перекрестков, а также “решает проблемы” транспортных заторов, обнаруженных на микрорайонном уровне, или уровне отдельного перекрестка. GLIDE также позволяет реагировать на специальные требования, вручную вводимые операторами в едином центре управления.
Сингапурская GLIDE построена на базе австралийской системы Sydney Co-ordinated Adaptive Traffic System (SCATS), которую разработало дорожное управление Нового Южного Уэльса (New South Wales, NSW) еще в конце 1970-ых. Текущая версия сингапурской GLIDE поддерживается и обновляется совместно с разработчиком, и уже прошла не одну серьезную миграцию аппаратной и программной части.
SCATS является общепризнанным мировым лидером среди подобных систем. Ее возможности в области расширения и адаптации к географическим и урбанистическим условиям поистине уникальны, — к примеру, в австралийском городе Брисбене в 2011-м году SCATS расширили перехватчиками незашифрованных радиосигналов Bluetooth, установленными на перекрестках, чтобы отслеживать не только "обезличенную" плотность потоков, но и маршруты перемещения между районами, идентифицируя автовладельцев по их магнитолам с поддержкой Hands-Free или по мобильным телефонам с включенным “Синим Зубом”.
Кроме Австралии и Сингапура, SCATS используется во многих городах Китая, а также в Гонконге, Малайзии, США, Новой Зеландии, Индонезии, Мексике, Филиппинах, — всего в 26 странах. По состоянию на 2014 год, SCATS контролирует "зеленую волну" на почти 50,000 перекрестках в 260 городах мира. В сети не так много картинок, показывающих экран SCATS в рабочем режиме, ниже одна из них. Она контролирует перекресток в Паддингтоне, районе Лондона:
Для сравнения, введенная в эксплуатацию в Москве итальянская система UTOPIA используется в 30 городах Европы, включая Казань, Бухарест, финскую Уппсалу, город-герой Киев, город Гэллвэй в Ирландии и другие. UTOPIA - это система “адаптивного" типа, которая работает только на базе многочисленных камер видеонаблюдения, подключенных к более чем 500 контроллерам перекрестков, данные с которых, после обработки в центральном узле UTOPIA, выводятся на специально установленные информационные табло:
Согласно информации, которую удалось найти в открытом доступе, UTOPIA была развернута в Москве в пилотном режиме в 2011-м году около известного всем района м.”Щукинская”, и имеет возможность вмешиваться в корректировку светофорных циклов на перекрестках. Открытой информации, подтверждающей что UTOPIA меняет режимы работы светофоров в Москве, найти не удалось. Очень прошу сведущих читателей поделиться своими знаниями о работе UTOPIA в Москве в комментариях к этой заметке.
Очень подробно о различных типах систем управления транспортом (реактивные, адаптивные и прочие) можно прочитать, например, в открытом учебнике Федерального Управления Автомагистралей США под названием "Traffic Control Systems Handbook", в главе 3.8 и далее.
По многочисленным просьбам технически требовательных читателей, приводим важные детали о SCATS и о GLIDE:
— SCATS написана на языке программирования C++ с использованием пакета разработки Microsoft Visual Studio
— SCATS — это объектно-ориетированный многопоточный программный пакет
— Вариантов исполнения несколько, но наиболее популярен вариант для архитектуры x86 (например, для процессоров Intel или AMD)
— Один узел SCATS может обслуживать до 256 перекрестков и давать доступ для мониторинга или управления 15 операторам
— Из SCATS можно экспортировать собранную информацию о транспортных потоках в приложения для симуляции, например в TRITRAM
— В Сингапуре для задания параметров GLIDE на каждом перекрестке используется программный комплекс aaSIDRA с модулем "Delay & v/c (HCM 2010)"
— Критерием контроля пропускной способности в GLIDE и aaSIDRA является параметр Level Of Service (LOS), определяемый в секундах задержки автомобиля на перекрестке
Вот некоторые критерии по которым производится характеризиация различных перекрестков по их LOS:
Очень подробную информацию о стандартах расчета требований, планирования и обеспечению пропускной способности в GLIDE и aaSIDRA можно подчерпнуть из глав 9.5.11 и далее сводного документа.
GLIDE, благодаря "благоприятному” тропическому климату на дорогах, не видавшему наледи, зимней резины и снежного покрова, собирает информацию из пары индукционных рамок, уложенных одна за другой в каждой полосе, в специальных канавках дорожного полотна:
Каждая рамка подключается к источнику тока и контроллеру, который которая подсоединена к узлу обеспечения на данном перекрестке. При наезде на такую рамку, корпус автомобиля наводит помехи на постоянное магнитное поле, которое замечает контроллер. Остается только гадать, сколько киловатт-часов электричества требуется на работу GLIDE на каждом перекрестке.
Пешеходы взаимодействуют с GLIDE путем запроса пешеходного цикла на перекрестке, нажимая на удобную кнопку:
Шутка. Эту фотографию я сделал на том перекрестке, где строительная зона по проекту перекрыла доступ к светофорному столбу, и строителям пришлось "удлинить" кнопку до новой границы тротуара.
Пожилые сингапурцы могут также приложить свою личную карту Senior Citizen к специальным считывателям "Green Man +", которые обеспечат продление “вызванного” пешеходного цикла для более безопасного перехода улицы:
Или вот еще отличное видео, где все говорят на синглише. К концу 2015 года оборудованных системой "Green Man +" перекрестков в Сингапуре будет порядка 250.
На многих улицах Сингапура GLIDE производит раздельное регулирование встречных потоков, поэтому пешеходные переходы разделяются буферной зоной с безопасным ограждением в центре дороги. Вот например старая фотография с Викториа Стрит в районе Бугис:
Как видно на фото, одна группа пешеходов еще ожидает перехода через три полосы, в то время как другая часть дороги уже остановлена GLIDE для пропуска пешеходов. Этот переход в часы пик периодически был чудовищно загружен, и из-за несогласованности GLIDE бывали давки и сбои:
Недавно этот переход переделали, и GLIDE теперь останавливает оба потока, чтобы пешеходы могли за один раз перейти широкую улицу.
Теперь про индукционные рамки, а точнее, про их альтернативы. Кроме рамок и упомянутых видеокамер, существуют и другие решения для подсчета плотности потока автомашин, используемые интеллектуальными транспортными системами: конденсаторные (реагирующие на вес), пневматические (реагирующие на вес), и другие. Все они варьируются по совокупной стоимости владения на одну полосу автодороги: от тысяч долларов для системы состоящей из дублированных видеокамер, до десятков тысяч долларов для вмонтированных в дорожное полотно решений. Несмотря на кажущуюся выгоду от использования видеокамер, к их недостаткам относятся низкая точность обнаружения, зависимость от освещенности, невозможность обследования состояния дорожного полотна (наледь, подтопление и т.д.)
Одна широко используемая альтернатива индукционным рамкам, справляющиеся с обнаружением проезжающих автомобилей несмотря на гололеды и снежные наносы в северных районах, — это решение использующее магнитную детекцию. На рынке широко представлены вертикально закладываемые сенсоры, реагирующие на наведенное компонентами автомобиля изменение вертикальной составляющей магнитного поля земли в заданной точке:
Или, вспомним вышеупомянутый пример с Bluetooth-ом в городе Брисбен… Кстати, может быть, благодаря профессионалу в области системной интеграции, господину Эдварду Сноудену, некоторые инстанции в Российской Федерации уже разработали, запатентовали, но просто еще не вывели новые альтернативы на рынок.
Некоторые перекрестки в Сингапуре работают в специальном режиме GLIDE, обеспечивающем приоритет для автобусов. Такие перекрестки имеют специальную светофорную секцию с литерой "B", и соответственно называются "B-Signal":
В автобусы, обслуживающие маршруты, на которых компанией-перевозчиком и транспортным регулятором было заключено соглашение о переключении режимов B-Signal перекрестков, устанавливают специальные радиопередающие устройства. С их помощью модули GLIDE узнавают об приближении автобуса за несколько кварталов, и подстраивают "зеленую волну", используя оптимальный вариант из возможных: вводят задержку смены текущего зеленого сигнала, ранний старт зеленого сигнала, специальную фазу сигналов на всем перекрестке для проезда этого автобуса, или пропуск светофорного цикла и задержка автобуса, если есть GLIDE-задача с более высоким приоритетом.
GLIDE не требует вмешательства оператора в своем штатном режиме работы. Система отправляет информацию о пропускной способности и заторах в единый центр управления, который в Сингапуре получил название Operation Control Center (OCC).
Сотрудники этого центра имеют доступ к детальной настройке режимов "зеленой волны", могут вручную вводить различные приоритеты для улиц или целых микрорайонов. Система GLIDE самостоятельно калибрует взаимоувязанные элементы, подстраиваясь под указания операторов.
Однако для задач обеспечения правопорядка, а также эскортирования первых лиц Сингапура и делегаций по городу, GLIDE имеет поддержку функций "полицейского управления”, как местного, так и удаленного.
На любом перекрестке, по необходимости, уполномоченные и обученные сотрудники дорожной полиции могут ввести следующие режимы регулировки с помощью контроллера:
- “Полиция, Выключен” — выключаются все сигналы светофоров, как при отключении энергоснабжения. Такой режим применяется при ручном регулировании.
- “Полиция, Красный” — все светофоры переключаются на красный свет
- “Полиция, Ручной” — фаза светофорного цикла меняется по команде постового регулировщика, с клавиш управления.
- “Полиция, Срочный” — переключение перекрестка в режим удаленного управления для координации приоритета проезда по какому-то из направлений/
Похожий на “Полиция, Срочный" режим обеспечен постоянно для бригад пожарной охраны на прилегающих к пожарным частям перекресткам. По сигналу "тревога" пожарная часть автоматически запрашивает у GLIDE режим "Срочный" для проезда в нужном направлении.
Операторы в центре управления могут вводить подобные режимы для обеспечения более высокого приориета по какой-либо из улиц, где, например, будет происходить запланированное мероприятие международного уровня, требующее VIP-внимания с точки зрения автотранспортной доступности в опереденные интервалы времени, но не требующее вмешательства полиции.
Система GLIDE отлично зарекомендовала себя за много лет работы в сложных условиях перегруженного автотранспортом мегаполиса. Система позволяет снизить количество задержек на пути автовладельцев, нормализует режимы перекрестков, максимизируя плановую пропускную способность дорожной сети. Ее отказоустойчивая архитектура и возможность самостоятельного перераспределения задач между компонентами позволяют избежать рисков транспортных коллапсов или нерегулируемых перекрестков. GLIDE сама обнаруживает собственные сбои и запрашивает вмешательство операторов для их детальной диагностики или исправления.
Говоря про GLIDE, нельзя не упомянуть стоящую бок о бок с ней систему дорожного информирования об обстановке на автомагистралях (Expressway Monitoring Advisory System, EMAS). На более чем 500 установленных информационных табло EMAS, расположенных на самих автомагистралях, а также на прилегающих к автомагистралям вылетным и артериальным дорогам, отображается ожидаемое время в пути до типичных пунктов назначения (аэропорт, центр города, развязки, другие автомагистрали). Время отображается совместно с цветовым кодированием, используя до 7 цветов:
Эту информацию EMAS получает напрямую из служб такси, которые обрабатывают данные о продвижении их машин по обязательно установленным GPS-устройствам. Поскольку десятки тысяч такси непрерывно используют автомагистрали и дороги Сингапура, являясь важной компонентой транспортной стратегии “тяни-толкай” (выталкивающей жителей города из статуса автовладельцев в статус пассажиров общественного транспорта), а для работы интеллектуальной транспортной системы EMAS не требуется высокой точности, такое партнерство очень выгодно для всего города.
Второй компонентой EMAS является заблаговременное оповещение водителей на автомагистралях о необходимости перестроения в ту или иную часть многополосной дороги. С помощью специальных информационных ворот, EMAS рекомендует перестроение в связи с поломками автомобилей, занятыми обочинами, заторах на съездах, работе автомобилей-цистерн, поливающих зеленые насаждения, или работах по подстриганию оных:
Кстати о поломках. В центре слежения за дорожной обстановкой EMAS работает группа диспетчеров, отдающая заказы на эвакуацию сломавшихся автомобилей с автомагистралей. Эта эвакуация принудительная и бесплатная, и обслуживается специальной службой дорожного реагирования, входящей в состав полиции Сингапура:
Такой подход минимизирует риск затора, а также позволяет водителям сломавшихся автомобилей безопасно получить помощь, в том числе быть “прикрытыми” специальным тяжелым грузовиком с отбойником, который отразит удар зазевавшегося или не успевшего перестроиться автомобиля.
Сингапурская система определения "зеленой волны” GLIDE и система информирования на автомагистралях EMAS значительно увеличивают эффективность автотранспортной системы города. Вместе они вносят значительный вклад в динамику международного финансового центра планеты, где минуты простоя в пробках могут стоить репутации города десятки и сотни миллионов долларов инвестиций.
Благодарность за помощь в подготовке статьи выражается профессору Гопинату (Professor Menon Gopinath), заместителю директора отдела транспортных IT-систем дорожного регулятора LTO Сингапура госпоже Со (SOH Ling Tim), заместителю директора отдела планирования транспортных потоков господину Хо (Simon HO Khim Thiam), — они также подтвердили свою доступность для профессиональных вопросов по электронной почте. Их контакты можно найти в соответствующем разделе на сайте правительства Сингапура.
Посты по теме:
Город без пробок: Шаг 1. Платный въезд
Город без пробок. Шаг 2: лицензия на право владения автомобилем
---------------------------------------------
Советую подписаться на мои странички в:
Фэйсбук
ВКонтактик
Основной Твиттер Спам Твиттер 
Одноклассники___________________________
Блог обновляется очень часто, поэтому пропустить что-нибудь интересное не так уж и сложно. Специально для таких случаев у меня есть email-рассылка. Это красиво оформленная подборка самых важных постов за прошедшую неделю для тех, кто заходит сюда нечасто. Одно письмо каждые семь дней - обещаю, что никакого спама вы от меня не получите. Если надоест, вы от нее легко отпишитесь. А если вдруг закроют ЖЖ и запретят соцсети, у нас с вами будет рассылка, это как тайный клуб:
Реклама в этом блоге
Чем я занимаюсь
За что я баню
Хотите дать совет? Вам сюда!
Я в других социальных сетях