Сегодня - 22.06.2018

Зеленый свет технологиям

14 мая 2018

Не так давно в Новосибирске, на форуме «Городские технологии-2018», специалисты разных отраслей обсуждали задачи, решение которых академической наукой может сделать городскую среду более комфортной и безопасной. Сотрудники Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН рассказали о разработанных моделях и методах анализа и оптимизации транспортной сети, созданных для этих целей.

Дорожная сеть любого города состоит из двух частей: статической и динамической. К первой категории относятся светофоры, перекрестки, развязки и разметка — они долго оказывают влияние на движение автомобилей. Потоки транспорта, наоборот, динамичны и постоянно меняются в течение суток. Чтобы сделать дорожное движение наиболее безопасным, важно как можно лучше контролировать обе его составляющие — помочь в этом может разработанный учеными ИВМиМГ СО РАН метод анализа транспортной сети. 
 
Представьте себе дороги большого города. Порядок движения по ним регулируется множеством знаков, светофоров и правил, а любое, даже небольшое изменение в существующей системе влечет за собой перераспределение потоков транспорта. Конечно, предлагая новое проектное решение, инженеры опираются на большое число данных, но точность экспертной оценки всё равно невелика. Математические модели сибирских ученых позволяют решить эту проблему. 
 
На основе входных данных — плана города, информации об интенсивности потоков, существующих ограничениях и бюджета (то есть количества объектов, которые можно установить) — алгоритм рассчитывает, какие изменения нужно внести, чтобы сделать движение автомобилей более эффективным. Эти же модели позволяют оценить внесенное предложение: понять, как перераспределятся потоки транспорта, если, например, поставить в том или ином месте новый светофор, построить мост или поменять разметку, а также как далеко разойдутся «волны».
 
«Мы запускаем модель несуществующей системы и смотрим, как она будет работать, — рассказывает заведующий лабораторией Системного моделирования и оптимизации ИВМиМГ СО РАН доктор технических наук Алексей Сергеевич Родионов. — За один такой прогон мы можем не только оценивать эффективность расположения объектов дорожной инфраструктуры, но и изменять варианты, до достижения оптимального результата. Стало лучше — продолжаем, не стало — возвращаемся на исходную позицию, пробуем другую версию». 
 
Применить такой метод можно к произвольной транспортной сети — достаточно иметь нужную информацию. Её получению помогает то, что данные о потоках автомобилей в последние годы фиксируются довольно точно: камеры, отслеживающие нарушения, собирают статистику и о количестве и скорости машин.
 

Передача сообщения об аварии от двух машин на перекрестке другим участникам движения

Другая часть исследования ученых напрямую связана с безопасностью движения. Сегодня практически все современные автомобили оснащены не только бортовыми компьютерами, но и передатчиками, о которых водитель может даже не подозревать. Пример их использования: автоматическое оповещение о ДТП. Если происходит выбрасывание подушек безопасности то, независимо от действий водителя, начинается передача сигнала, информирующего об аварии. Как только он доходит до стационарного передатчика, данные о случившемся тут же передаются в соответствующие службы, например, ГИБДД.  Это важно, ведь водитель и пассажиры, к сожалению, не всегда могут сами вызвать помощь. 
 
Однако бывают ситуации, когда автомобиль находится слишком далеко от придорожной станции (то есть более мощного приёмо-передатчика) и относительно слабый сигнал машины её не достигает. Тогда участники дорожного движения начинают связываться между собой, ретранслировать сигнал по беспроводной сети VANET (VehicularAdHocNetwork). Отличительная особенность таких сетей — постоянно меняющаяся топология. 
 
Алексей Родионов приводит такой пример: «Для оповещения о катастрофах, например, пожарах или наводнениях, используются так называемые сенсорные сети, состоящая из большого числа сенсоров, оснащённых приёмо-передатчиками малого радиуса действия. Если что-то происходит, ближайшие к месту события, начинают передачу сигнала, который далее по цепочке сенсоров передается до стока сети — базовой станции, напрямую связанной с центром управления. Таким образом, структура трансляции информации создается каждый раз наиболее удобным способом. В ситуации с дорогой происходит точно так же, только в этом случае объекты (автомобили) не стационарны, а находятся в движении».
 
Если транспортные средства взаимодействуют не только с инфраструктурой, но и между собой, эффективность  передачи сигнала усиливается. Иногда может потребоваться и обратная связь: когда нужно оперативно оповестить участников движения о чрезвычайных ситуациях на дорогах (например, ДТП, оползне, сходе лавины, обрыве проводов).
 
Сейчас аналогичную роль выполняют спутниковые системы, но они существенно дороже и требуют дублировать сигнал. Алексей Сергеевич отмечает, что число спутников ограничено, и отключение одного из них (а такой случай всегда лучше предусмотреть) ведет к сбою огромного количества связей внизу — повредить же системе на земле гораздо сложнее.
 
«Если два объекта могут общаться между собой, зачем им посредник в виде спутника? К тому же передатчики для сообщения с космосом должны быть мощнее, а это засорение пространства электромагнитным излучением, с которым мы сейчас боремся», — рассуждает ученый.
 
Чтобы такая система работала эффективно, важно определить число и расположение по территории города стационарных базовых станций, от которых сигнал будет гарантировано передаваться нужным службам — сделать это помогает разработанный в ИВМиМГ СО РАН метод. Для этого также нужен план города и данные о потоках автомобилей. Например, по подсчетам специалистов, в Академгородке достаточно установить шесть станций — такого количества хватит, чтобы сигнал оперативно передавался в соответствующие службы за короткое время.
 
«Наше ядро универсально, и его применение можно расширять в разные стороны, — рассказывает Алексей Родионов. — Проблема в том, что мы можем сделать алгоритм, проверить его и написать программу, но для конечного продукта необходима кооперация с компаниями, где есть программисты, которые облекут все это в нужную оболочку. К тому же заказ должен исходить от промышленности и правительства, которое заинтересовано в развитии систем управления дорожным движением иможет предоставить данные о дорожной сети для расчетов». 
 
Наталья Бобренок
 
Иллюстрация предоставлена Алексеем Родионовым
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (1 vote)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus