Сетевое адаптивное управление светофорами: успешный кейс Пензы
Проект позволил повысить среднюю скорость движения на 125% и сократить время перегрузки на 67%. Этот кейс об используемых технологиях и достигнутых результатах
В чем состояла проблема?
Проблема, с которой столкнулись жители города, заключалась в постоянных заторах на магистрали улицы Терновского в Пензе. Локальные решения на отдельных светофорных объектах не давали результатов, а транспортная сеть продолжала испытывать нагрузку.
Пробки значительно увеличивали время ожидания для водителей. Несогласованность фаз работы светофоров приводила к распространению заторов на соседние перекрестки. Это вызывало полное блокирование сети, что и послужило ключевой причиной обращения к разработке нового решения.
Проблема беспокоит местных жителей на протяжении нескольких лет. Так, в начале декабря 2022 года, на одном из светофорных объектов магистрали у объекта произошел сбой в работе контроллера, связанный с выходом из строя процессора. Светофорный объект был отключен. По этому поводу в социальных сетях местные жители выразили свою радость. По словам пензенцев, как только объект перестал работать — на указанном участке дороги перестали образовываться пробки. Тем не менее светофор все же починили.
Цели и задачи проекта
Основной целью проекта стало устранение транспортных заторов и равномерное распределение нагрузки по магистрали. При этом перед проектной командой стояла задача не только решить текущие проблемы, но и обеспечить устойчивость транспортной сети на будущее.
«Система должна была не только работать сейчас, но и быть гибкой для дальнейшей адаптации, чтобы покрывать всю магистраль,» — Алексей Александрович Власов, заместитель директора ГБУ «Безопасный регион».
Для достижения этой цели требовалось:
- произвести мониторинг транспортных потоков на магистрали
- проанализировать интенсивность движения на всех ее участках
- выявить узкие места, препятствующие свободному движению транспорта
- произвести расчет режимов работы светофорных объектов таким образом, чтобы соблюдался баланс объема и интенсивности движения по пересечению
- обеспечить согласованную работу всех светофоров на магистрали
- наладить систему адаптивного управления светофорами по всей длине магистрали
- провести тестирование изменений и ввести в эксплуатацию.
Реализация
Реализация проекта стала многослойным процессом, охватывающим сбор и анализ данных, расчет, настройку, тестирование и запуск системы.
1 этап. Мониторинг транспортного потока: сбор первичных данных
Затор, как правило, формируется в одной или нескольких точках. Как показала аналитика, на магистрали по улице Терновского сложность заключалась в том, что в источнике затора движение зачастую было более интенсивным, чем на соседних участках.
Пробка на магистрали по улице Терновского возникала из-за блокировки определенного участка дороги. Очередь накапливалась, доходя до соседних перекрестков, что приводило к ситуации, когда в течение одного цикла ни один транспортный поток не мог продвинуться. В таких условиях проблемный перекресток начинал разгружаться, движение восстанавливалось, но основные сложности перемещались на соседние перекрестки, как предшествующие, так и последующие.
В результате на определенных направлениях движение становилось невозможным через каждый цикл. Определить точное местоположение «проблемной зоны» в условиях, когда магистраль практически парализована, оказалось крайне непросто.
Для начала решения проблемы был собран массив данных о транспортной ситуации, который стал основой для дальнейшей работы. Радары и пир-детекторы собрали первичные данные об интенсивности движения транспортного потока с 8-ми прямых полос, а нейросетевая видеоаналитика — о поворотных потоках.
Анализ собранных данных позволил определить время, участки и причину формирования заторов.
«По данным отчетов, блокирование исходящих связей происходило не при въезде на перекресток, а при выезде из него,» — подчеркнул Алексей Власов.
Зафиксированное значительное снижение скорости транспортного потока на подходе к перекрестку с 40 км/ч до 10–12 км/ч стало ключевым показателем формирования затора.
Собранные данные были интегрированы в цифровую модель транспортной сети, что позволило провести балансировку сети.
2 этап. Балансировка объема и интенсивности движения на всей магистрали
На текущем этапе был выполнен расчет оптимальных режимов работы светофоров с использованием прогнозирующих моделей (Model Predictive Control, MPC). Это позволило минимизировать задержки транспортных средств, сократить длину очередей и избежать перегруза перекрестков.
3 этап. Координация режимов работы светофорных объектов: установка единого цикла для всей магистрали
Проблема заторов решалась на уровне всей сети, поскольку попытки устранить ее локально оказывались неэффективными. Только комплексный подход позволил добиться результатов.
«Проблема одного перекрестка приводила к остановке всей магистрали, и решать задачу локально было просто бесполезно,» — Алексей Александрович Власов, заместитель директора ГБУ «Безопасный регион».
Был зафиксирован случай, когда один светофорный объект работал вне адаптивного режима, и его настройки не соответствовали режимам соседних перекрестков. Это вызывало сбои: движение на шести объектах оставалось нормальным, а на седьмом возникали заторы. При этом проблемный перекресток не выглядел критичным — небольшая транспортная фаза, короткая пешеходная, — но его пропускная способность оказывалась недостаточной для обеспечения движения по магистрали.
Как только режим работы этого светофора был откорректирован и синхронизирован с общей схемой, ситуация изменилась кардинально: вся сеть заработала стабильно.
«Подобные нюансы подчеркивают важность не только технических инструментов, но и грамотного технического сопровождения — от расчетов до внедрения решений», — отметил Алексей.
Также на этом этапе была внедрена адаптивная система управления, которая позволила скорректировать режимы работы светофоров в режиме реального времени.
4 этап. Тестирование и внедрение
Проект завершился тестированием, в ходе которого система успешно прошла проверку в реальных условиях. После этого она была введена в эксплуатацию, что изменило ситуацию на магистрали.
Особенности
Проект стал уникальным не только для города, но и для региона: он охватил всю магистраль, а не отдельные перекрестки. Именно это позволило подойти к проблеме системно.
Впервые в регионе была реализована схема управления, включающая:
- балансировку пропускной способности по всей магистрали на основе реальных данных, обеспечивающую равномерную нагрузку на всех участках сети
- координацию работы всех светофорных объектов сети, обеспечивающую согласованность их работы, что способствует сокращению числа неоправданных остановок и торможений в потоке.
- адаптивное управление светофорами для изменения режимов их работы в соответствии с изменениями дорожной ситуации
«Мы смогли реализовать то, что раньше считалось невозможным: интеграция адаптивного управления с полной координацией на уровне всей магистрали,» — отметил Алексей Власов.
Использование различных типов датчиков, существующего у региона оборудования и минимальные затраты на расширение инфраструктуры открыли возможность масштабирования на другие регионы.
Результаты внедрения превзошли ожидания. Система показала высокую эффективность, доказав, что даже при минимальных изменениях инфраструктуры можно добиться значительных улучшений:
- Время функционирования участка в режиме перегруза сократилось на 67%: с 3 часов до 1 часа.
- Средняя скорость движения возросла на 125%: с 20 км/ч до 45 км/час.
- Интенсивность транспортного потока увеличилась на 18% — с 1700 авто/ч до 2000 авто/ч, а в пиковые часы система обеспечивала объем трафика до 2516 авто/ч, что на 48% выше начального значения.
Внедрение системы адаптивного управления вызвало отклики среди жителей города, которые отмечают как положительные изменения, так и сохраняющиеся проблемы. Один из местных жителей поделился своим опытом: «Как местный житель, ежедневно проезжающий по этой магистрали, могу отметить, что ситуация действительно улучшилась в часы, когда поток автомобилей умеренный: дорога стала ощутимо комфортнее, а время в пути сократилось с 1 часа до 20-25 минут. Однако в час-пик эффекта не заметно. Затор на улице Терновского продолжает оставаться серьезной проблемой, и время в пути от Спутника до центра города занимает около часа. Основная причина — недостаточная ширина проезжей части: всего две полосы, которые не справляются с таким интенсивным трафиком. А если случается авария, движение фактически блокируется, так как остается только одна доступная полоса». Некоторые жители отмечают проблемы с синхронизацией светофоров: «Если двигаться по магистрали в сторону аэропорта невозможно попасть в „зеленую волну«. Например, трогаясь на зеленый сигнал светофора от ТЦ „Куб», нужно проехать ~50 метров до поворота на г. Спутник, но этого не получается сделать, так как на следующем светофоре горит красный сигнал светофора. Спустя еще ~50 метров ситуация повторяется — снова красный. Так происходит до остановки „ул. Терешковой«. Попасть в „зеленую волну» не получается, поэтому приходится стоять на каждом из светофоров». Другие жители акцентируют внимание на отдельных перекрестках: «На мой взгляд, наиболее нагруженными точками являются: светофор возле моста через реку Пенза, т.к. при движении в направлении центра левая полоса часто занята автомобилями, поворачивающими налево, в результате чего вся пропускная способность ограничивается одной полосой; светофор на перекрестке с ул. Ростовской. Исключая эти точки, работа светофоров согласована и позволяет двигаться в зеленой волне». Отзывы жителей подтверждают, что внедрение адаптивного управления принесло значительные улучшения для транспортной сети, особенно в часы с умеренным трафиком. Однако остаются локальные проблемы, связанные с синхронизацией светофоров на отдельных участках и недостаточной шириной проезжей части на магистрали. Эти вопросы требуют дальнейшего анализа и доработки системы для достижения максимального эффекта. Жители также отмечают необходимость продолжения работы над оптимизацией движения, что позволит устранить оставшиеся проблемы и повысить комфорт.
Интересное:
Новости отрасли:
Все новости:
Публикация компании
Профиль
Социальные сети