Умный светофор что это такое
«Умный светофор» — комфорт и безопасность на дорогах.
«Умный светофор» – это система динамического управления сигналами светофора, благодаря которой, улучшается пропускная способность потоков улично — дорожной сети. Прежде всего, повышается безопасность дорожного движения. Другими словами, это светофор, работающий не в обычном, строго определённом режиме, независимо не отчего, а светофор, который переключает сигналы исходя из количества транспортных средств в каждом из направлений.
Система «умный светофор» состоит из контроллеров, удаленных датчиков движения и видеокамер. Именно они, в режиме реального времени отслеживает загруженность перекрестков и передает данную информацию на центральный сервер управления. Связь с которым осуществляется через радиосигналы или по оптическим линиям связи.
Идеальный перекресток. Свободный от пробок. \Елизавета Никитина октябрь 2019г.
Как работает система «Умный светофор»
Видеокамера или датчики устанавливаются на определенной высоте и над конкретным участком трассы. Далее, сигнал от нее поступает в модуль обработки видеоинформации. Затем в данном модуле происходит выделение подвижных транспортных средств и определение различных интегральных оценок.
После этого, на основе этих показаний, центральный сервер дает команду контроллерам светофоров включить красный или зеленый свет и на какое время.
Прежде всего, системы видеоконтроля, ориентированные на транспорт, предоставляют данные трех типов:
Во-первых, это информация о трафике для статистической обработки:
Во-вторых, информация о происшествиях на дороге:
В-третьих, информация о наличии/отсутствии автомобилей:
Система интегрируется в модуль управления светофорами, что позволяет согласовать работу абсолютно всех светофоров перекрестка в каком-либо напряженном транспортном узле.
Например, на перекрестке, где установлен стандартный светофор, пешеходу предоставляется одно и то же время на переход дороги. Время не зависит от того, едет ли по ней в данный момент один автомобиль или несколько десятков. Благодаря системе «умный светофор», данное время контролируется и меняется в зависимости от загруженности. Или предположим, в одном из направлений есть высокая загруженность, то именно там и продлевается зеленый свет, что ведет к сокращению времени пребывания машин на перекрестках.
Другими словами, процессор «умного светофора» получает информацию о потоке машин с видеокамер. После этого, обрабатывает её. Затем в соответствии с этим по установленному алгоритму принимает решение, в каком направлении и насколько открывать движение. Таким образом, вероятность образования большой пробки, в каком либо направлении существенно снижается.
Кроме того, «умный светофор» способен прогнозировать транспортную ситуацию на 15-30 минут вперед и заранее сформировать эффективный план управления.
Далее, при возникновении ДТП на перекрестках, данный план автоматически корректируется.
Дополнительно также, можно установить определенный тип датчиков. Они будут учитывать приоритет общественного транспорта и экстренных служб перед остальными участниками движения.
В том случае, если произойдет внештатная ситуация или сбой системы, светофоры будут функционировать в автономном режиме. Регулировка перекрестов будет осуществляться традиционным способом.
Точно так же можно использовать специальные метеостанции. Которые будут собирать информацию о погодных условиях и состоянии асфальта. Впоследствии данные сведения помогут скорректировать скоростные ограничения и предупредить водителей о неблагоприятных условиях на дороге.
Транспортные пробки на дорогах.
Транспортные пробки сильно влияют на общественную жизнь современных городов. Во- первых топливо в пробках расходуется впустую, во-вторых, это бесполезно потраченное время и в-третьих выброс вредных веществ в атмосферу. Как следствие, многокилометровые пробки приводят к снижению прибыли и к потери дохода. В результате ухудшается логистика и падает производительность труда.
Прежде всего, внедрение системы «умный светофор» решает следующие основные транспортные проблемы:
Между тем, хочется отметить, что при всех плюсах оборудованной системы, следует принять во внимание, что один и даже три «умных светофора» ничего не изменят. Поэтому, идеальный результат будет, если взаимосвязанной системой покрыть весь город. Только таким образом, система способна максимально оптимизировать поток и уменьшить пробку. Самое главное, это не питать иллюзии, что «умные светофоры» полностью справятся с заторами.
В заключении можно сказать следующее:
Прежде всего, система «умный светофор» способна лишь максимально увеличить производительность перекрестка. В любом случае городским властям необходимо расширять дороги и строить сложные транспортные развязки. Кроме того, нужно учитывать, что количество автотранспорта в нашей стране неуклонно растет и максимальная производительность перекрестков не спасет от пробок в крупных мегаполисах. Именно поэтому заниматься только внедрением системы «умный светофор», бесполезно. Правильнее будет своевременно решать и все остальные дорожные проблемы.
Как работают умные светофоры: преимущества и недостатки технологии
В статье рассказывается::
Как работают умные светофоры? Стоит начать с того, что в России полноценно такая система функционирует лишь в нескольких крупных городах. Флагманом внедрения технологии и одновременно экспериментальным полигоном является, конечно же, Москва и Московская область. «Умность» их заключается в умении адаптироваться под постоянно меняющиеся условия городского трафика.
Существует два вида умных светофоров: адаптивные и нейросетевые. Работать они могут в нескольких режимах, при необходимости переключаясь на ручное управление. Из нашего материала вы узнаете о принципах их работы, преимуществах и недостатках разных технологий, опыте использования в России и за рубежом.
Актуальность технологии умных светофоров
Пробки на дорогах стали настоящим бичом крупных городов. Количество автомобилей постоянно растет, и транспортная инфраструктура оказывается не готова к увеличению трафика в таких масштабах. Это провоцирует снижение производительности труда, ухудшение логистики, негативное отношение горожан к власти, которая не может справиться с ситуацией. Не в лучшую сторону меняется качество жизни людей: многочасовое стояние в пробках, дополнительные траты на бензин. Кроме того, увеличивается выброс вредных веществ в атмосферу.
Актуальность технологии умных светофоров
Вместе с тем, ученые исследовали влияние системы «Умный светофор» на дорожную ситуацию. Выяснилось, что ее внедрение позволяет сократить автомобилю время в пути почти на 25 %, а время нахождения в пробках – более, чем на 40 %. Кроме того, почти на 21 % уменьшаются вредные выбросы в атмосферу. Выходит, умные светофоры – изобретение весьма полезное как для водителей, так и для планеты.
Как работают умные светофоры? В основе принципа действия системы лежит возможность динамического управления сигналами. Благодаря этому происходит увеличение пропускной способности перекрестков. Система состоит из контроллеров, камер и удаленных датчиков движения, которые в режиме реального времени анализируют ситуацию на перекрестках, оценивают степень их загруженности и передают эту информацию на центральный сервер управления. Передача осуществляется посредством радиосреды или по оптическим линиям связи.
Получив свежие данные, центральный сервер посылает контроллерам светофоров определенную команду, которая позволяет разгрузить перекресток как можно быстрее. То есть зеленый или красный сигнал светофора включается определенным образом для сокращения времени пребывания автомобилей на перекрестках. Допустим, в случае усиленного трафика на одной из магистралей система продлит время действия зеленого сигнала светофора, для того чтобы избежать образование пробок.
Кроме того, умный светофор может прогнозировать дорожную ситуацию на 15-30 минут вперед. Это позволяет скорректировать его работу, выбрав более эффективную стратегию управления потоком автомобилей. При возникновении ДТП на перекрестках в план оперативно вносятся изменения.
Несмотря на большое количество плюсов системы, она не в состоянии полностью избавить города от пробок. Ее главная функция – увеличить производительность перекрестков. Невозможно наладить комфортный трафик без изменения транспортной инфраструктуры: расширения дорог, строительства развязок и т.п.
На данный момент одна дорожная полоса в городе в среднем способна обслужить не более 1800 автомобилей в час. Причем рассматривается идеальная ситуация, при которой транспортное средство постоянно находится в движении, то есть не останавливается на перекрестках и не сталкивается с препятствиями вроде плохого дорожного покрытия, сужения дороги и т.п. Однако в жизни, особенно это касается российских реалий, идеальная картинка возможна только в теории. Рост количества автомобилей сегодня заставляет решать проблему дорожного трафика в разных ее аспектах, без этого города начнут задыхаться от выхлопных газов автомобилей, стоящих в многокилометровых пробках.
Умные светофоры в России и за рубежом
Умные светофоры в России и за рубежом
В данный момент разработкой умных светофоров занимается несколько компаний, лидируют среди которых IBM, SCOOT, SCATS, RHODES, UTOPIA. Интересно, что 2010 году компания IBM заявила о намерении создать систему, которая позволила бы удаленно отключать двигатели автомобилей, проезжающих на красный свет.
В нашей стране интеллектуальные системы сначала появились конечно же в Москве, это произошло примерно 10 лет назад. Они были установлены на опытном участке протяжённостью 7,5 км. Благодаря успешному прохождению испытаний к 2015 году «умными» стали светофоры во многих районах города. Их подключили к автоматизированной системе управления дорожным движением (АСУДД). С 2016 года столичные светофоры, установленные на магистралях, стали анализировать и оценивать не только дорожный трафик, но также метеоусловия и ДТП.
3 режима работы умных светофоров
Как работают умные светофоры? Они имеют связь с компьютером и управляются специальной программой. Благодаря ей система может самостоятельно выбирать режим работы, а также объединяться с другими светофорами для получения нужного результата. В Москве насчитывается более 40 тыс. светофоров, 2,5 тыс. из которых являются интеллектуальными. Управляются они несколькими способами.
В самом центре умную систему обслуживают специалисты, которые работают посменно в связке со многими городскими службами, включая ГИБДД и МЧС. Такой комплексный подход дает возможность принимать оперативные решения, а если необходимо, вручную регулировать трафик на проблемных участках.
В России умные светофоры установлены не только в Москве, но также в Петербурге, Ярославской области.
Принцип работы адаптивных умных светофоров
Адаптивные светофоры устанавливаются на относительно простых перекрестках, то есть там, где отсутствует постоянное интенсивное движение транспорта во всех направлениях. Дело в том, что для их работы необходим трафик разной динамики – в этом случае светофор и будет адаптироваться к его изменениям. Подобные системы впервые появились в США в начале 70-х годов 20 века, а у нас в стране они стали внедрятся относительно недавно. На сегодняшний день число адаптивных светофоров в России не превышает 3 000. Нужно сказать, что такие системы не имеют ничего общего с обычными светофорами – теми, что меняют режим работы в зависимости от времени суток и дней недели.
Принцип работы адаптивных умных светофоров
В России, к сожалению, используются довольно несовременные технологии подсчета автомобилей на перекрестках: физические датчики или видеодетектор фона. Датчики могут фиксировать транспортное средство исключительно в том месте, где они установлены. Разумеется, можно проложить их на протяжении всей проезжей части, однако это обойдется в круглую сумму.
Видеодетектор фона показывает только степень заполнения дороги автомобилями. При этом камера должна четко видеть всю площадь, что не всегда возможно: препятствием является большое расстояние и даже осадки.
К примеру, метель будет рассматриваться камерой как транспортное средство, так как она не различает тип детекции. Нужно отметить, что адаптивные светофоры могут работать даже в таких условиях, потому что для нормального выполнения своих функций им не нужны абсолютно точные данные. Их смысл в переключении режимов в очевидных ситуациях исключительно на слабо загруженных перекрестках.
При этом работа светофоров очень сильно зависит от выполнения правил установки видеокамер, высоты подвеса, отсутствия препятствий на линии обзора (это требование, кстати, выполнить непросто, так как всегда имеются какие-то провода или столбы, загораживающие вид). Нередко для монтажа оборудования приходится строить специальные фермы, так как существующие опоры просто не подходят. Как итог – он становится очень дорогим.
Кроме того, камеры адаптивных светофоров регулярно меняют свое положение под действием ветра и дорожной вибрации, что приводит к нарушениям в их работе, ведь видеодетектор четко привязан к виду дорожного полотна. Их необходимо возвращать в исходное положение, что требует ресурсов – временных, человеческих, финансовых. Помимо этого, приходится ограничивать движение на время работ.
Преимущества использования нейросетевых умных светофоров
Нейросетевые светофоры сложнее и технологичнее. Они регулируют трафик на более высоком уровне. Учитывается сразу множество факторов, влияющих на него. «Мозги» умного светофора на основании полученных данных подбирают самый эффективный алгоритм его работы – так, чтобы в единицу времени по участку дороги проезжало больше автомобилей.
Преимущества использования нейросетевых умных светофоров
Объекты на дороге распознаются нейронными сетями, благодаря чему светофоры получают более точную картину происходящего. Нейронные сети способны распознавать самые разные образы в их любых положениях и на больших расстояниях (машины, коляски, велосипеды, чемоданы и даже оружие), они более точно считают количество транспортных средств и способны определять их качественный состав, а также умеют распознавать людей. Последнее очень важно учитывать, ведь пешеходам тоже нужно предоставить возможность перейти дорогу.
По сравнению с адаптивными светофорами, нейронные сети почти не ограничены в плане мест их монтажа. Они способны распознавать любые объекты даже при больших перекрытиях, им хватает всего лишь 15 % изображения, чтобы понять, что это. По этой причине нейросетевой светофор становится дешевле в установке, сокращается количество видеокамер, уменьшается длина проводов и т.п.
Нейросетевые камеры не боятся смены положения под воздействием внешних факторов (в рамках разумного), они могут снимать все, что происходит на дороге, пока это в принципе возможно.
Сегодня на рынке имеются еще и геоинформационные системы. Даже компания Яндекс занималась их продвижением. Как работают умные светофоры этого типа? Принцип их действия основан на использовании GPS и GLONASS навигации для определения типа транспортных средств: автомобилей, общественного автотранспорта, а также спецмашин. Светофор подстраивается под них, обеспечивая свободное движение. Однако на практике оказалось, что геоинформационные светофоры не работают. Дистанционное планирование нарушается постоянными изменениями трафика. Расчеты оказываются неактуальными обстановке на перекрестке, ведь для нормальной работы светофора важна оперативная информация.
Умные светофоры в паре с умными камерами
Что включает в себя интеллектуальная транспортная система?
Большую важность имеет учет уникальных черт региона при установке в нем подсистем ИТС. Индивидуальный подход способствует росту их эффективности.
Подсистемы выполняют важную функцию – они передают полезную информацию органам управления дорожным хозяйством. Это данные о состоянии дорожных объектов, погодных условиях, транспортной ситуации, нарушениях нормативов содержания и ремонта, состояния производственных процессов, экологических параметрах и др.
Умные светофоры в паре с умными камерами
Благодаря систематически поступающей информации от интеллектуально-аналитических модулей специальные службы, ответственные за дорожную ситуацию, могут создавать более грамотные прогнозы в рамках своей работы, принимать правильные решения, осуществлять контроль за происходящим. Кроме того, ИТС позволяют автоматизировать процессы принятия решений диспетчерскими службами. В целом это способствует более эффективной трате средств из государственного или муниципального бюджета. Кроме того, метеорологические данные, предоставленные оперативно, дают возможность значительно повысить безопасность дорожного движения.
Организации, которые занимаются ремонтно-строительными работами, а также эксплуатационные компании могут оптимизировать производственно-технологические процессы, повысить рентабельность дорожных работ благодаря внедрению интеллектуальных подсистем.
Одна из компаний, которые занимаются разработкой и внедрением такого оборудования, – АО «ТРАССКОМ». Она создает решения, которые легко интегрируются в региональные интеллектуальные модули, занимается подготовкой квалифицированных специалистов в области систем мониторинга и прогнозирования состояния дорог. Продукт компании представляет собой надежную многофункциональную систему мониторинга, аналитики и поддержки процессов принятия решений. Мониторинг дорожной ситуации осуществляется благодаря использованию мобильных комплексов, применению технологии искусственного интеллекта, прогнозирования и термокартирования. Кроме того, система может работать автономно.
Технологические решения компании «ТРАССКОМ» способны значительно повлиять на безопасность дорожного движения. Кроме того, их внедрение уже дает значительную экономическую отдачу. Например, в Свердловской области приобретение оборудования для контроля дорожных работ окупилось всего за один зимний период. Более того, система каждый год подтверждает свою эффективность и важность.
Специалисты АО «ТРАССКОМ» нацелены на разработку и внедрение по-настоящему полезных и востребованных технологий и инструментов, которые позволят сделать трафик более легким и безопасным, повысить эффективность производственных процессов.
Что такое «умный» светофор и как он работает?
А это вообще возможно? Практика западных стран показывает: это не только возможно, но и крайне необходимо.
Но мы отвлеклись. Давайте разберемся, как работает «умный» светофор?
У «умного» светофора есть несколько режимов управления. Остановимся подробнее на каждом.
Локальный режим
В локальном режиме светофоры работают по заранее заложенной в них программе отдельно от других светофорных объектов. Как правило, это такие сценарии, как утренний «час пик», вечерний «час пик», день, ночь.
Координированное управление
В этом режиме «умные» светофоры работают в координации друг с другом. Получается, что светофорные объекты (обычно это те, что расположены близко друг от друга) связаны между собой. Как правило, такая схема применяется на вылетных магистралях.
Синхронная работа (взаимодействие) светофорных объектов позволяет пропускать определенное количество автомобилей и поддерживать определенную интенсивность на участке дороги. В Москве такая программа работает, в частности, на Алтуфьевском, Варшавском шоссе, на Ленинском проспекте и по многим другим адресам. А вы не заметили? Разумеется, раз вы живете в Воронеже.
Адаптивный режим
Такие светофорные объекты самостоятельно мониторят дорожную ситуацию и адаптируются к ней на основании поступающих к ним данных. Получается, что у светофора есть «глаза»? Скорее, «уши»… Информацию о транспортном потоке такие светофоры получают с помощью индукционных петель или датчиков, вмонтированных в дорожное полотно на перекрестке. Это оборудование позволяет определять не только плотность потока, но и тип автомобиля, подъезжающего к перекрестку, в том числе выделять из потока общественный транспорт.
Централизованное управление из ситуационного центра
«Умному» светофору тоже нужен контроль. На дороге как и в жизни могут возникать ситуации, когда «одной головы» недостаточно. И тогда «вступает в игру» дежурная смена координационного центра (того же ЦОДД).
Специалисты, которые дежурят в ситуационном центре, взаимодействуют с ГИБДД, МЧС и другими городскими службами. При необходимости они вмешиваются в работу светофоров и с помощью ручного управления увеличивают фазы для наиболее загруженных направлений.
Просто информация
Вы когда-нибудь видели на дороге «умный» светофор? А он есть! Так, в Москве, например, из 40 тысяч светофоров 2,5 тысячи считаются «умными».
Кстати, не мешают ли санкции в отношении России развитию системы «умных» светофоров на дорогах страны? Нет, не мешают. «Умные» светофоры производят в России, на предприятиях Ростеха. Как утверждает производитель, он поставляет свою продукцию не только в Москву, но и в другие регионы.
Умные светофоры и алгоритмизированное регулирование
Если каких-нибудь 30 лет назад города будущего представлялись нам наводненными беспилотными электромобилями, управляемыми через беспроводную сеть, то уже сегодня подобные технологии начинают активно внедряться в мегаполисах и заметно изменяют дорожное движение, снижают аварийность.
Современные алгоритмы легко находят угнанные автомобили, предвидят заторы на дорогах, и помогают заблаговременно их избежать. Чем вам ни «умный» город будущего?
И это на самом деле так. Светофоры и датчики давно поумнели, и пристально следят за всем, что происходит на дорогах мегаполисов. Светофоры связаны с компьютером, программа на котором принимает решение о том, как данным светофорам следует взаимодействовать в текущий момент в зависимости от сложившейся дорожной ситуации. В Москве уже насчитывается 2500 умных светофоров, способных работать в различных режимах.
Железнодорожный семафор считается прародителем светофора. Семафоры и светофоры железных дорог и автомагистралей и шоссе являются важнейшими техническими средствами регулирования транспортных потоков на пересекающихся направлениях.
Светофор, как световое техническое регулирующее устройство, используемое для упорядочения движения пересекающегося пешеходных и наземных транспортных потоков, было изобретено в 1868 году британским специалистом Джейем Найтом.
Современный светофор, как многие другие электрические регулирующие устройства, пережил трансформацию от дискретного (цифрового) ручного переключения к аналоговому и обратно к цифровому адаптивному светофору, удаленно управляемому с помощью микроконтроллеров.
Развитие цифровых технологий также дает возможность создать перепрограммируемый адаптивный цифровой светофор в виде электронного LED экрана, сопряженного с микроконтроллером и его графическим интерфейсом и компьютерными сетями.
Обычный локальный режим работы светофора — это привычный нам режим, предназначенный для отдельно стоящего светофора, работающего по заранее заложенному в него сценарию: для утреннего часа пик, для дневного движения, и для вечернего часа пик.
Еще существует алгоритм координированного управления светофорами, когда несколько светофоров, взаимодействуя друг с другом, например на вылетной магистрали, обеспечивают оптимальную организацию движения для автомобилей.
Программа формирует синхронную работу светофоров, чтобы пропуская определенное количество автомобилей, поддерживать заданную интенсивность движения на том или ином участке дороги. По такому алгоритму уже работают около ста участков дорог на трех крупных шоссе города Москвы.
Есть так называемый адаптивный режим работы светофоров, когда поступающие на компьютер данные об интенсивности движения позволяют светофорам адаптироваться к текущей дорожной ситуации. Данные поступают от датчиков или индукционных петель.
Большинство оснащенных таким образом перекрестков имеют в своем дорожном полотне вмонтированные датчики. В результате автоматически определяется плотность потока автомобилей, а также типы автомобилей, подъезжающих к перекресткам.
Если, например, в общем потоке замечен общественный транспорт (автобус, троллейбус или трамвай), то на перекрестке включается зеленый свет, позволяющий ему проехать в первую очередь, тогда как другие автомобилисты вынуждены уступить дорогу.
За централизованное управление из ситуационного центра отвечает дежурная смена. Специалисты смены непрерывно взаимосвязаны со многими городскими службами, включая ГИБДД и МЧС. Это позволяет дежурным, в случае необходимости, вмешаться и осуществить регулирование вручную, скорректировать поток движения в наиболее загруженных направлениях.
Подобные системы особенно активно используются сегодня в Москве, в Санкт-Петербурге, а также в Ярославской и Кемеровской областях России.
В одной только Москве на дорогах уже установлено более 3000 разнообразных датчиков, призванных оперативно собирать информацию об автомобилях и о текущей загруженности дорог, с тем чтобы оптимально регулировать дорожное движение.
Датчики установлены на трассах, на перекрестках, кое-где они вмонтированы в асфальт — это так называемые индукционные петли, выполняющие роль электронного регулировщика, позволяющие, например, автоматически включить зеленый свет трамваю. Датчики считают машины на отдельных полосах, позволяют вычислить потоки машин применительно к каждой полосе.
Большое количество комплексов фотовидеофиксации устанавливаются в местах с высокой аварийностью, чтобы в режиме реального времени следить за дорожной обстановкой, собирать статистику для аналитики. Около 50 миллионов проездов обрабатывается такими системами ежесуточно в одной только Москве! В результате, лишь благодаря подобным решениям, в столице РФ удалось снизить аварийность более чем вдвое.
Кроме того, кое-где используется подсветка стоек, на которых установлены сами светофоры. Это решение также сильно снизило аварийность в Москве. Представьте, как часто рекламные щиты отвлекают внимание водителя, и он просто не замечает светофор.
Подсветка опоры светофора решила эту проблему. Теперь водитель может заметить сигнал светофора даже в дождь или в туман, и точно не пропустит место остановки перед пешеходным переходом. Это позволило снизить аварийность на очень опасных для пешеходов участках.
На опору светофора устанавливают светодиодную ленту и знаки с собственной подсветкой, кроме того специальные прожекторы подсвечивают непосредственно пешеходный переход (саму зебру) и прилегающую к нему зону тротуара, где могут находиться пешеходы.
На протяжении последних нескольких лет «умнеют» все больше и больше регулируемых перекрестков. Все чаще алгоритмизированное светофорное регулирование вынуждает водителей легковушек уступать дорогу общественному транспорту: зеленый свет трамваю или автобусу включается независимо от загруженности проезжей части.
Итог таков, что трамваи движутся по своим маршрутам на четверть времени быстрее чем это было без «умной» регулировки, а троллейбусы — вдвое быстрее. Так, если раньше один перекресток мегаполиса за единицу времени мог пройти лишь один автобус (трамвай, троллейбус), то сегодня за это же время проезжают четыре.
Не обошли «умные» светофоры вниманием и автомобилистов. Ночью, если на перекрестке нет движения, водителю всегда горит зеленый, чтобы не приходилось стоять на перекрестке, раз уж на примыкающих дорогах все равно нет движения.