Дороги под киберколпаком

Организацию самарской транспортной инфраструктуры доверили компьютерной программе. В феврале этого года администрация города подписала соглашение с самарским государственным техническим университетом о сотрудничестве. Ученые СамГТУ с помощью немецкой программы PTV Vision будут решать задачи, поставленные перед ними специалистами департаментов строительства и архитектуры.

Вообще программ, которые моделируют транспортное движение, очень много. Свои продукты существовали и в СССР. В Союзе, кстати, была достаточно сильная школа транспортного моделирования и планирования. Советские ученые из Москвы, Петербурга, Омска, Новосибирска создавали методики и программные продукты. Некоторые из них используются и сейчас. Но их минус в том, что в те годы упор делался на пассажирские и грузовые перевозки. А когда в стране стали появляться личные автомобили, получилась такая ситуация, что дороги во многих городах оказались малоприспособленными для большого транспортного потока.

В 90-е годы в Россию начали приходить первые западные программы. Но они не стали популярными. В 2003 году на российском рынке начались продажи немецкой программы PTV Vision. Тогда к этой программе мало кто проявил интерес. Популярность этот продукт стал приобретать позже.

Что же такое – PTV Vision? Эту всесильную программу разработали немцы 25 лет назад. Она предназначалась для разработки комплексных транспортных сценариев развития таких различных составляющих системы, как индивидуальный, грузовой, общественный транспорт, пешеходное движение. Программа представляет собой схему виртуального города. Это подробная карта, на которую наносятся дороги, улицы, площади, здания, архитектурные сооружения, остановки общественного транспорта. Для того, чтобы продукт заработал, необходимо внести в базы данных определенную информацию. Основной принцип работы PTV Vision – системный подход к анализу всей транспортной сети и транспортных потребностей для всех видов транспорта от федерального до местного уровня. Программа успешно используется в 75 странах мира, в том числе в Германии, США, Англии, Ирландии, Голландии, Италии, Испании, Польше, Словакии, Австрии, странах Ближнего Востока.

Сейчас программу осваивают и в России. Уже несколько лет с ней работают в Санкт-Петербурге (там же находится российский головной офис компании), Казани, Перми, Новом Уренгое, Калуге и в других городах. В Самаре эта программа появилась благодаря самарскому государственному техническому университету. Работать с программой там стали в 2007 году. Закупили академическую версию и начали изучать возможности, которые открывает этот киберпомощник.

«У нас были и свои программы, но со временем мы от них отказались, потому что есть уже серьезные программные продукты фирм, занимающихся этим на протяжении многих лет, – рассказывает декан факультета автоматики и информационных технологий Самарского государственного технического университета, кандидат технических наук Николай Губанов. – Vision – лидер таких программ. Это стандарт для Западной Европы. К примеру, с помощью этой программы полностью организовывается транспортная инфраструктура Швейцарии. Мы сами учились работать с программой у питерских специалистов. Сейчас мы с ними в теснейшем контакте. Начиналось все с того, что мы создавали виртуальные участки – отдельные перекрестки города. Вводили данные, которые сами же собирали. Сейчас эти наши разработки нам пригодились для создания базы данных программы».

«Эта система – как слоеный пирог, - рассказывает доцент кафедры автоматизации производств и управления транспортными системами факультета машиностроения и автомобильного транспорта Валерий Папшев. – Сначала создается так называемая «подложка» или растровая основа на которую наносится транспортная сеть. Затем создается слой регулирования дорожного движения, вводятся правила приоритета, светофорные объекты, вводятся параметры движения общественного и индивидуального транспорта. И только потом мы оперируем транспортными потоками».

Для того, чтобы создать максимально приближенную к реальности обстановку, нужно вводить точную информацию и данные об этом участке. Это и качество дорожного покрытия, и режим работы светофора, если это регулируемый перекресток, это и количество машин, проезжающих перекресток за определенный промежуток времени, и средняя скорость потока, и наличие задержек. Очень важно учитывать при этом такие факторы, как время года, температура воздуха, осадки, время суток, ведь в разную погоду и в разные сезоны на перекрестках и движение организовано по-разному.

«В тех европейских странах, где давно уже работает эта программа, все эти показатели снимаются автоматически с помощью специальных устройств, – рассказывает Валерий Папшев. – В Берлине, к примеру, на перекрестках стоят специальные датчики, которые фиксируют различные параметры транспортных потоков, передают их через спутниковую систему в центр обработки информации, и водители, имеющие навигаторы и подписанные на эти опции, могут в режиме реального времени видеть, что происходит на определенных участках города, и, исходя из этого, решать, как им ехать. У нас система получения данных пока ручная. Мы со студентами, которые помогают нам в этой работе, выходим на перекрестки в любую погоду и делаем замеры. И в морозы, и в дождь стоим – надо же как-то информацию получать. Если ее вносить примерно, что называется «на глазок», то и решения задач будут примерными, неточными».

Итак, дороги на карте разбиваются на участки, которые классифицируют согласно их назначению и параметрам. На каждом участке обозначаются максимальная скорость движения автомобилей и автобусов, пропускная способность, количество полос движения и другие характеристики. Программа должна знать все об уличной сети города: где и в какие часы скапливается транспорт, где самые узкие участки, где находятся дороги, которыми мало пользуются. Затем, когда виртуальный город «оживает», программа моделирует различные ситуации. Она их проигрывает и находит решения.

Важны для этой программы и данные социального характера. Создавая виртуальный район города, нужно знать, сколько людей в нем живет, каков их социальный статус – рабочие, студенты, пенсионеры, на каком транспорте они ездят. Если это промзона, необходимо внести данные о предприятиях, в ней располагающихся, указать, сколько человек на них работают, какой график работы у этих предприятий. Можно сказать, что создание виртуального города – задача не из легких, но все же она решаема.

Первым на виртуальной карте Самары появился Евроквартал. Еще несколько лет назад перед властями встала задача – как решить проблему движения возле строительного университета. Работу над этим вопросом поручили ученым СамГТУ – Николаю Губанову и Валерию Папшеву. Расчеты показали, что там необходимо ввести одностороннее движение.

«Мы объяснили властям, что программа позволяет научно обосновывать те или иные варианты изменений в транспортной схеме. Это недешевый продукт, но мы очень рады, что сейчас транспортная инфраструктура города будет развиваться с учетом данных этой программы. Естественно, это будет нелегко, потому что нужно поддерживать этот проект постоянно, вносить температурные данные, дни недели, погодные условия, сезон – любая деталь важна. Но именно сейчас, в преддверии чемпионата мира по футболу, который, возможно, пройдет и у нас в Самаре, нам для развития необходима техническая объективность», – говорит Николай Губанов.

Далее начали появляться и другие участки. Пока еще в виртуальном городе много белых пятен, но ученые заявляют, что трех лет хватит для создания полной кибермодели Самары Для реализации этой цели самарский государственный технический университет купил суперкомпьютер, который способен справиться с этой сложной задачей.

Кстати, не все чиновники позитивно отнеслись к решению доверить транспортную инфраструктуру города какой-то компьютерной программе. Многие уверены, что эта просто лишняя трата денег. Однако департаменты строительства и архитектуры, а также городского хозяйства и экологии уже начали работать совместно с специалистами университета.

«Транспортная инфраструктура – это сложная система, – говорит Николай Губанов. – А каждой сложной системы есть свои этапы развития. И чтобы поддерживать эту систему в нормальном состоянии, нужен специалист по управлению сложными системами. И я считаю, что наш информационно-вычислительный центр, который мы недавно создали, призван этим заниматься. Потому что одно дело специалистам по строительству рассчитать, где удобнее строить, например, Фрунзенский мост, у них свои параметры и требования. Но не стоит забывать, что тот же Фрунзенский мост — это не просто объект, соединяющий Новокуйбышевск с центром, это еще и часть российской транспортной инфраструктуры, потому что он дублирует федеральную трассу Самара – Волгоград. И тут при строительстве нужен научный подход».

Тесно работать с программой уже начал Игорь Рудаков. В своем блоге он предложил жителям Самары оценить решения транспортных проблем, которые предложила PTV Vision. Первый вариант касается подхода улицы Ново-Садовой к улице Советской Армии. В часы пик там образуются длинные пробки. По правой полосе движутся трамваи и пешеходы, с левой полосы автомобили поворачивают в сторону МТЛ «Арена». Транспорту, идущему прямо, остается только одна полоса.

«Для улучшения ситуации без существенных затрат предлагается организовать одностороннее движение вокруг ДК «Современник» на существующей дорожной сети путем установки соответствующих знаков и нанесения разметки, – пишет в своем блоге Игорь Рудаков. – В таком случае на подходе к перекрестку формируется пять полос вместо трех и ситуация, как показывает математическая модель, значительно улучшается. Сокращение очереди ожидания на ул. Ново-Садовой позволит в свою очередь корректировать режим работы светофора и сократить транспортные задержки на ул.Советской армии. Для поворота налево с ул. Ново-Садовой в сторону Телецентра нужно будет объехать ДК «Современник» и перестроиться в крайний правый ряд для последующего поворота направо. Именно этот момент вызвал у специалистов сомнение. Поэтому вместо показанного на модели слияния потоков, решено сделать обычное пересечение со знаком 2.4 «Уступите дорогу» (по образу и подобию любой кольцевой развязки). В таком случае перестроение в правый ряд не потребуется, т.к. его можно будет занимать сразу на пересечении. Некоторые неудобства вынуждены будут испытывать пешеходы, т.к. пешеходные переходы через ул. Ново-Садовую и Малую Ново-Садовую по четной стороне ул.Советской армии ликвидируются. Пешеходам придется переходить на нечетную сторону ул.Советской армии на вновь построенный тротуар к единственному остающемуся регулируемому переходу на ул. Ново-Садовой.

В перспективе после строительства надземных пешеходных переходов возможно постоянное включение дополнительных секций светофора «направо» во всех направлениях. А в случае небольшой реконструкции перекрестка, путем «срезания» углов на поворотах, можно увеличить скорость транспортного потока в направлении центра».

Кроме того, Игорь Рудаков предлагает самарцам оценить еще одно предлагаемое программой решение, касающееся пересечения Московского шоссе и Киевской. Пробки на участке от проспекта Масленникова до улицы Мичурина, попортили нервы многим горожанам, торопящимся по утрам на работу. Кибермозг предложил вернуться к прежней схеме движения, которая существовала до строительства метрополитена. А именно – маршруты городских автобусов можно перенести с улицы Киевской на новый участок улицы Гагарина, так как Киевская не приспособлена для движения больших городских автобусов. При этом исключается всего один остановочный пункт – «Дом мебели». Предлагаемая мера обеспечит дополнительный подвоз пассажиров к станции метро «Московская» и позволит полностью изменить организацию движения на перекрестке Московское шоссе – улица Киевская, что позволит уменьшить очередь ожидания перед светофором и в свою очередь разгрузит перекресток Московское шоссе – улица Гагарина. Кроме того, программа предлагает убрать светофор с пересечения Московского шоссе и Киевской, а при выезде с Киевской установить дорожный знак 4.1.2 «Движение направо». Левоповоротный поток с Киевской можно направить на улицу Чернореченскую путем предварительной установки соответствующего информационного знака 6.9.3 «Схема движения» и на новый участок улицы Гагарина. Левый поворот с Московского шоссе на Киевскую необходимо запретить постоянно. Также программа считает, что нужно скорректировать светофорные циклы на перекрестках Московского шоссе с улицей Осипенко и улицей Мичурина. А из четырех полос Московского шоссе сделать пять за счет их незначительного сужения в рамках нормативов.

У программы есть и отдельный модуль – для решения проблем пассажироперевозок. Он рассчитывает интервалы движения, подсказывает, какие маршруты лишние, а где, наоборот, нужно добавить новые линии, где можно организовать пересадочные пункты..

Виртуальная карта обошлась городу в 2,4 миллиона рублей. На создание полноценного компьютерного города ориентировочно потребуется еще около шести миллионов рублей. Пока с программой работают около 10 специалистов университета. Однако в будущем их станет больше — у СамГТУ есть возможность самим готовить специалистов в этой области.