Обгрунтування технічних, експлуатаційних, економічних показників та доцільності впровадження ІТС

Метою техніко-економічного обґрунтування є впровадження інтелектуальної транспортної системи на досліджуваному перехресті є всі підстави про економічну доцільність її впровадження, визначення витрат на утримання і експлуатацію системи, а також визначення економічного ефекту від впровадження інтелектуальної системи управління дорожнім рухом. Проведемо оцінку ринку конкурентів впроваджуваної інтелектуальної транспортної системи.

Є той факт, що науковими установами періодично проводяться дослідження якості функціонування як вітчизняних, так і закордонних ІТС із залученням фахівців зацікавлених організацій інших міністерств і відомств.

Кількісні значення показників ефективності системи визначаються кількістю об'єктів управління, типом системи, якістю її обслуговування і в деякій мірі некоректністю методик виміру або розрахунку окремих параметрів. В той же час для наочного уявлення про можливості управління розглянемо середні значення основних показників, отримані в результаті досліджень ефективності функціонування ІТС:

- збільшення середньої швидкості руху - 22-23 %;

- скорочення часу затримок - 20-45 %;

- скорочення часу повідомлень - 14-27 %;

- скорочення кількості зупинок - 32-66 %;

- скорочення кількості ДТП - 10-25 %;

- скорочення площі зносу дорожнього покриття - 13-25 %;

- зниження витрати пального - 11-16 %;

- зниження викидів окислу вуглецю - 17-24 %.

У загрніжному досвіді найбільш значних успіхів і широкого поширення досягли наступні інтелектуальні транспортні системи: ACS - Lite (Adaptive Control Software - Lite), SCOOT (Split Cycle Offset Optimisation Technique), UTOPIA (Urban Traffic Optimisation by Integrated Automation).

ACS - Lite - це програмний комплекс, який почав розроблятися компанією Siemens за контрактом з The Federal Highway Administration (FHWA) за програмою досліджень, розвитку і технічного вдосконалення транспортного управління.

Тоді як інші складніші системи проектувалися для транспортних систем досить великих міст, що мають складну «матричну» конфігурацію, ACS - Lite розроблявся спеціально під локальне застосування на окремих магістралях.

Він розроблявся для отримання значних коштів від його використання при мінімумі інвестицій відповідальних органів в додаткову інфраструктуру, навчання персоналу і подальше обслуговування системи. Усе це стало можливо завдяки можливості системи використати вже існуючі детектори транспорту, які були встановлені і використовувалися на перехрестях раніше. Навіть якщо конфігурація комплексу детекторів не ідеальна, система в змозі надати вимірні поліпшення в дорожньому трафіку. На відміну від інших складніших ІТС не вимагає великої кількості або складних дорогих детекторів на транспорті.

Він дозволяє суб'єктам, що відповідають за організацію і управління транспортним рухом (адміністрації, управління, агентства та інші організації), значно поліпшити поточну транспортну ситуацію на об'єктах, що використовують плани координації з фіксованими фазами за часом доби.

Комплекс функціонує в реальному часі. Суть його полягає в підстроюванні фаз із складеного заздалегідь плану координації так, щоб вони більш повно відповідали поточним обставинам на контрольованому транспортному об'єкті. Підстроювання полягає в незначних періодичних коригуваннях зміщень фаз (Offset) і секцій регулювання (Split).

На кожному кроці оптимізації, інтервал яких близько 10 хвилин, система не в значній мірі (наприклад, на 2-5 секунд) змінює зміщення і секції регулювання циклів сигналізації, щоб вони відповідали змінам в транспортному потоці.

Система легко конфігурується через графічний призначений для користувача інтерфейс. Необхідно не значну кількість інформації, що мінімум вводиться, оскільки велика частина конфігураційних даних завантажується безпосередньо з дорожніх контролерів.

Після того, як програмний комплекс конфігурований моніторинг і управління його роботою здійснюється через спеціальний планувальник, що надає максимальний рівень контролю над системою.

Під час функціонування система постійно додає нові відомості у базу даних, щоб користувачі, вивчаючи складені звіти, могли відстежити зміни зроблені системою в циклах світлофорного регулювання. Система також зберігає архівні відомості, що поступили з дорожніх контролерів і детекторів транспорту, для можливості їх подальшого аналізу фахівцями. Система надає безпечний доступ до інструменту управління і складених звітів як локально, так і віддалено - через інтернет.

Для роботи системи необхідно встановити послідовний модем з пропускною спроможністю 9600 bps або забезпечити комунікації на основі міжмережевого протоколу IP на кожному перехресті, що підключається. Потрібно як мінімум один детектор біля стоп-лінії на кожному напрямі для можливості коригування секцій регулювання і мінімум один додатковий детектор на кожному напрямі (будь-якого типу, будь то індукційні петлі, відеодетектори або радари) за 150 або більше за фути до стоп-лінії для адаптивного управління зміщеннями фаз.

Комплекс спеціально розроблявся для замкнутих (закритих, самостійно функціонуючих) систем. Так, наприклад, 90 % систем світлофорної сигналізації в США вважаються системами закритого типу. Вони не призначені для роботи на складних міських транспортних мережах «матричного» типу або на перетинах декількох головних магістралей. Робота системи тестувалася на магістралі по одному маршруту, маршрути можуть перетинатися, але тоді знадобиться установка декількох комплексів для кожного з маршрутів.

Комплекс не здатний повністю позбавити від негативних наслідків поганого планування та інших конструкторських особливостей транспортної мережі, які призводять до появи «пляшкових шийок» і скупчень на магістралях. Управління фазами світлофорного регулювання має лише обмежену можливість зменшення скупчень транспорту.

Численні польові випробування підтвердили отримання істотної вигоди від використання системи. Якщо оцінити вартість 1 години очікування транспорту в 200 грн., зупинки - 0.23 грн., за зупинку, витрати палива – 16 грн. за літр, то можна підрахувати приблизну величину цієї вигоди на наступних об'єктах (таблиця 3.1).

Таблиця 3.1

Прогнозований ефект від використання ІТС в США

SCOOT - система адаптивного управління транспортними потоками в місті, розроблена у Великобританії лабораторією по дослідженнях у сфері транспорту (TRL) спільно з провідними виробниками апаратного забезпечення для транспортних систем [14].

Перші версії систем були випробувані в реальних умовах у кінці 1970х років в місті Глазго. Подальший розвиток SCOOT, як загальнодоступної системи, стався в місті Ковентрі, а перша комерційна версія комплексу була встановлена в Мейдстоне в 1980 році. Зараз SCOOT використовується у більш ніж 170 містах і мегаполісах Великобританії і в інших країнах світу.

SCOOT не лише зменшує скупчення і затримки автотранспорту, але і надає інші можливості управління. Наприклад, комплекс спроектований для можливості виявлення громадських автобусів спеціальними детекторами або системою стеження за місцем розташування транспорту і при необхідності надання їм пріоритету.

Функція надання пріоритету для громадського транспорту робить його використання сприятливішим і зменшує тим самим можливі незручності або обмеження для тих, хто не може скористатися особистим автомобілем.

SCOOT швидко реагує на зміни в трафіку, але не настільки, щоб привести до нестабільності в роботі. Вона уникає великих керуючих коливань параметрів, які можуть виникнути внаслідок реакції на тимчасові зміни характеристики транспортного потоку. До складу комплексу входить автоматизована база даних про транспортну ситуацію ASTRID. Система безперервно відстежує і зберігає у базу даних зведення про транспортну ситуацію для можливості їх подальшого використання і аналізу.

В якості одного з модулів системи входить INGRID - система автоматичного виявлення аварій в реальному часі. Її робота заснована на використанні двох алгоритмів. Модуль або аналізує інформацію про поточну обстановку на дорогах на раптові зміни в потоці машин і його інтенсивності. Або використовує архівну довідкову інформацію з бази даних ASTRID. Він виявляє аварії, порівнюючи поточну транспортну ситуацію з очікуваною з бази ASTRID [14].

В порівнянні зі встановленими до цього системами, які мали фіксовані плани координації за часом дня або були ізольованими ділянками, SCOOT показало непогані поліпшення дорожніх умов.

Так відносно грамотно складених фіксованих планів координації, застосування SCOOT сприяло зменшенню затримок транспорту в середньому на 27 % [14].

У Worcester використання SCOOT замість фіксованих планів координації дало значну економію, яка було оцінена о 83 000 машино-годин або (близько 8 959 856 грн.) в рік в перерахунку на даний час.

Заміна ізольованих (замкнутих) систем світлофорної сигналізації в Worcester на SCOOT дозволила зберегти за оцінкою 180 000 машино-годин в рік або (18823216 грн. по поточному курсу).

У Southampton економічна вигода, виключаючи збереження від зменшення кількості аварій і збитку від пожеж, склала приблизно (3 513 664 грн. поточному курсу) в рік і це тільки для районів Portswood і St. Denys.

У 1993году демонстрація роботи SCOOT в Торонто показала середнє зменшення часу в дорозі на 8 % і затримок транспорту на 17 % в порівнянні з попередніми жорсткими планами. У буденні дні вечорами і по суботах затримки автотранспорту були зменшені на 21 % і 34 % відповідно. У нестандартних ситуаціях, затримки транспорту зменшилися на 61 %, продемонструвавши здатність SCOOT реагувати на непередбачувані зміни.

У SaoPaulo в 1997 році спостереження виявило, що SCOOT зменшила затримки автотранспорту в середньому на 20 % в одній області експерименту і на 38 % в іншій в порівнянні з жорсткими планами, розробленими за допомогою Traffic Network Study Tool (TRANSYT). Було підраховано, що фінансова вигода в Сан-Паулу, отримана як результат зменшення цих затримок, склала близько 24 мільйонів грн. в рік ]15].

Виміряні результати роботи SCOOT залежать від ефективності попереднього методу управління і особливостей контрольованої ділянки, таких як відстань між перехрестями та інтенсивність потоків машин.

Ранні результати показали, що використання SCOOT дозволило досягти в середньому близько 12 % скорочення витрат порівняно з сучасними жорсткими планами координації, складеними за допомогою TRANSYT. Результат, якого вдалося добитися, дуже важливий, тому що комплекс TRANSYT використовується всюди у світі і відомий тим, що задає високий стандарт якості, який інші системи адаптивного управління транспортом не змогли перевершити.

UTOPIA - система адаптивного управління транспортними потоками, розроблена в Італії для оптимізації параметрів цих потоків і надання вибіркового пріоритету громадському транспорту без збитку для руху приватних автомобілів.

Почала розроблятися в 1980-і роки. Постійне впровадження інноваційних ідей і розширення функціонала зробили її однієї з самих просунутих ІТС у світі. Сьогодні ця система успішно функціонує у багатьох столицях, містах і міській агломерації.

Система надає неперевершену ефективність особливо в умовах підвищеної інтенсивності дорожнього руху і непередбачених ситуаціях.

Вона допомагає зменшити автомобільні скупчення і забруднення довкілля транспортом в міських областях, оскільки сприяє оптимальнішим умовам для транспортних потоків навіть в години-пік.

Обмін свіжими даними між сусідніми перехрестями робиться кожних 3 секунди, а оптимізація керуючих параметрів відбувається кожних 2 хвилини.

UTOPIA пропонує широкий вибір стратегій управління, розроблених щоб підійти під будь-яку конфігурацію дорожньої мережі. У повністю адаптивному режимі вона постійно відстежує поточну транспортну ситуацію і передбачає її можливий розвиток, а на підставі отриманих характеристик транспортних потоків або інших станів дорожнього середовища оптимізує керуючу стратегію. Це дає високу ефективність навіть в непередбачуваних транспортних ситуаціях. Можна призначати оцінний, вибірковий або абсолютний пріоритет певним видам транспорту (наприклад, автобусам і трамваям, що вибилися з графіку) без негативних наслідків для іншого трафіку.

Можливість обміну з іншими системами для надання даних в інформаційні служби або обробки запитів на надання пріоритету для спецтранспорту (швидка допомога, пожежна охорона тощо).

Зведемо усі вищевикладені відомості про ІТС в таблицю 3.2, приділивши увагу лише ключовим аспектам і додавши приблизні вартості установки кожної з систем.

Таблиця 3.2

Приблизна величина витрат і отриманого ефекту від використання закордонних аналогів впроваджуваної системи

Також необхідно мати на увазі, що вартість ліцензування усіх вищезгаданих комплексів може додати додатково 10 - 15 % до загальної суми витрат на його установку. Крім того, системи не надають ніяких додаткових функцій забезпечення безпеки, окрім стандартних методів, що гарантують такі заходи як достатній час проміжних фаз, мінімальні значення зелених фаз і виключення конфліктних суперечливих параметрів світлофорної сигналізації, і вбудованих в дорожні контролери, які є частиною системи ІТС.