Интеллектуальные транспортные системы Дороги будущего уже сегодня

Постепенное превращение дорог из направлений в цифровые объекты становится реальностью на наших глазах, однако пишут об этом процессе удивительно мало. В отличие от других видов цифровизации, дорожная почему-то проходит мимо внимания СМИ. Поэтому множество людей, ежедневно пользуясь результатами работы ИТС, даже не подозревают о ее существовании.

Что такое «Интеллектуальные транспортные системы» (ИТС)? Это комплекс аппаратных и программных средств, который помогает более эффективно эксплуатировать транспортную сеть, используя информационные, коммуникационные и управленческие технологии, встроенные в дорожную инфраструктуру. Сейчас в эту систему входят самые новейшие достижения цифровизации, включая нейросети, виртуальные модели, цифровые копии и искусственный интеллект. Но начало ИТС было вполне аналоговым. Первый образец интеллектуальной транспортной системы – автоматический светофор. Сейчас уже мало кто вспомнит, но еще не так давно, каких-то лет семьдесят назад, на перекрестках мегаполисов стояли стеклянные будки с живым полицейским (милиционером, гаишником), который переключал светофор вручную. По тем временам это уже был шаг вперед по сравнению с регулировщиком, машущим палкой. Первой автоматизацией стал простейший электромеханический таймер, исключивший из процесса человека-с-кнопкой. Так начались интеллектуальные транспортные системы, и на этой стадии они застряли надолго. Следующий прорыв случился уже с приходом в дорожную область компьютеров.

Как работает ИТС

Интеллектуальные транспортные системы – крайне интересная технофилософская парадигма, в рамках которой человек является исполнительным устройством для компьютера. Да, в совершенно буквальном смысле, как какой-нибудь принтер или станок с ЧПУ. Компьютер приказывает, люди повинуются. (Интересно, что даже самые лютые конспирологи послушно останавливаются на красный сигнал светофора, а не кричат о порабощении машинами.) В большинстве крупных городов светофорная система в значительной степени автоматизирована и является единым комплексом с интеллектуальной обратной связью. При этом управляет движением она, отдавая приказы людям, – по крайней мере, пока беспилотные автомобили остаются редким исключением, а не правилом.

Из чего состоит работа ИТС?

Из сбора информации, анализа трафика, моделирования трафика, обмена данными, управления дорожным движением и ТС. Если первые автоматические светофоры переключались тупо по таймеру, то современный светофорный комплекс работает куда сложнее.

Сбор информации. Специальные датчики и дорожные камеры снимают данные о дорожном потоке в ключевых точках города. Сколько машин на улицах, как быстро они движутся, где замедляются, где останавливаются и так далее. Это само по себе сложная задача, требующая больших вычислительных ресурсов, например, для выделения из видеопотока камеры отдельных объектов (автомобилей) и трассирования – определения скорости и направления их движения. Но это еще не все. К этому добавляется информация с дорожных метеосистем: температура и влажность воздуха, осадки, состояние дорожного покрытия (нет ли, например, гололеда). Экологические датчики передают данные о содержании выхлопных газов. Камеры с парковок и паркоматы добавляют сюда информацию о загруженности стоянок. Фискальные GPS-устройства общественного и муниципального транспорта в реальном времени передают информацию о движении автобусов, трамваев, снегоочистительных машин и так далее.

Анализ трафика. Получив весь этот массив данных (он еще и постоянно, в реальном времени обновляется) система анализирует, где сейчас дороги свободны, а где перегружены.

Моделирование трафика. В зависимости от времени года и времени суток, а также от дня недели можно предсказать развитие ситуации. Это автоматически прокручивает в своей голове любой опытный городской водитель: «Итак, сегодня лето, пятница, хорошая погода, а значит, на вылетные магистрали в область после 17 часов лучше не соваться…» ИТС делает то же самое, только гораздо точнее. Современные самообучающиеся системы накапливают статистику и могут смоделировать ситуацию на каждом перекрестке города на несколько часов вперед довольно уверенно.

Далее все городские системы обмениваются данными. В процессе могут быть добавлены искусственные вводные – например, в такой-то час потребуется разгрузить улицу для провоза негабаритного груза с предприятия, вывода колонны автобусов с детьми в лагерь, срочной уборки снега или пропуска дипломатического кортежа при визите на высшем уровне. Такие ситуации также моделируются ИТС.

И последний этап – управление движением. Просчитав все данные и построив модели, система при помощи доступной ей периферии (в основном, светофоров и информационных табло) пытается выстроить транспортные потоки так, чтобы затруднения были минимальными. Например, перераспределяя с загруженных основных магистралей на более свободные второстепенные.

В чем проблема?

Тут любой водитель из мегаполиса возмутится – если в организации движения задействованы такие ресурсы, то почему мы до сих пор стоим в пробках? Это связано с целым комплексом проблем, унаследованных дорожным движением с доцифровых времен. Некоторые из них решаемы в рамках развития ИТС, но некоторые – нет.

Прежде всего, надо понимать, что ИТС – совсем молодая система. Например, в России ее формирование началось в 2016 году и, несмотря на то, что создание интеллектуальных систем вошло в нацпроект «Безопасные и качественные дороги» (БКД) и получило госфинансирование, до полного внедрения их еще далеко.

Второй аспект дорожных трудностей – даже в идеальных условиях качество управления системой не решает ее структурных проблем. Если в городе больше машин, чем могут вместить улицы (типичная ситуация для многих городов старой застройки), то, как ни управляй движением, оно все равно остановится. Потому что «нельзя впихнуть невпихуемое».

Но основная проблема все же в слабой обратной связи с основным исполнительным устройством – водителем ТС. Система управляет человеком в рекомендательном, а не директивном режиме. Например, информационное табло может рекомендовать свернуть с магистрали на объездной путь из-за того, что впереди дорога перегружена. Но люди могут проигнорировать рекомендацию и все-таки собраться в пробку. Это не говоря уже о том, что всего один неадекватный водитель, неудачно решивший «проскочить на желтый», может поломать все модели трафика, парализовав в час пик ключевой перекресток. Увы, пока беспилотники остаются проектом, от «человеческого фактора» никуда не деться.

(Интересна в этой связи конспирологическая теория, что в управлении движением неявно участвует такой сервис, как «Яндекс.Пробки». Среди столичных водителей уже несколько лет обсуждается выведенная эмпирическим путем теория, что сервис «подыгрывает» ИТС Москвы, показывая пробки там, где их еще нет и за счет этого побуждая водителей выбирать другие маршруты. Яндекс, разумеется, не признается, но люди любят теории заговоров.)

Что в будущем?

Программа Минобрнауки России «Приоритет 2030» объединила вузы из разных регионов РФ, которые ведут разработки в области развития и цифровизации транспортных систем в масштабах всей страны. По ее направлениям можно приблизительно оценить, в какую сторону развиваются технологии.

Решением, позволяющим обеспечить обработку данных, собираемых различными подсистемами ИТС, является интеграционная платформа интеллектуальной транспортной системы. Именно в создании единой платформы видится сейчас возможность концептуального прорыва на данном направлении.

Сейчас в стране существуют интеллектуальные транспортные системы городских агломераций, интеллектуальные транспортные системы субъектов Федерации, интеллектуальные транспортные системы на федеральных дорогах, за строительство и эксплуатацию которых отвечает Федеральное дорожное агентство, и интеллектуальные транспортные системы на федеральных дорогах, за строительство и эксплуатацию которых отвечает государственная компания «Российские автомобильные дороги». Все они создавались отдельно, через разные бюджеты, и об их совместимости никто не думал. Дорожники жалуются, что иногда оказывается дешевле, проще и быстрее построить собственную станцию метеорологического мониторинга, чем пытаться получить информацию от такой же станции, расположенной на соседнем столбе, но проходящей по другому ведомству.

В 2022 году на реализацию мероприятий по внедрению ИТС в регионы будет направлено 7,35 млрд рублей. Если удастся объединить все наработки на единой платформе, то мы если и не победим пробки, то хотя бы будем стоять в них более интеллектуально.

А там, глядишь, и беспилотники подоспеют…

Читайте также, где в России на дорогах уже наступило будущее: