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 все 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. Ее 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.

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 приемо-передатчика) и относительно слабый сигнал машины ее 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, оснащенных приемо-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

Источники

Зеленый свет технологиям
Наука в Сибири (sbras.info), 14/05/2018
Зеленый свет технологиям 
Академгородок (academcity.org), 14/05/2018
Математики возьмут под контроль городской трафик
Чердак (chrdk.ru), 15/05/2018

Похожие новости

  • 22/06/2017

    Участники «Технопрома» - о развитии и применении искусственного интеллекта

    ​Глубинное обучение (Deep Learning) - область машинного обучения, которая активно развивается последние годы. Конечно, это не тот искусственный интеллект, который представляют себе фантасты, но уже сегодня многие алгоритмы решают задачи биомедицины, машиностроения, обработки естественного языка.
    648
  • 05/12/2017

    Цифровая экономика как предмет анализа ученых

    ​В новосибирском Академгородке начала работу XVI российская конференция "Распределенные информационно-вычислительные ресурсы. Наука - цифровой экономике" (DICR-2017). Представительный форум проходит на площадке Института вычислительных технологий СО РАН, научный руководитель которого, академик Юрий Иванович Шокин конкретизировал предмет обсуждений: "Речь идет о "кусочке" экономики, связанном с цифровыми технологиями, способном существенно помочь развитию всей страны".
    742
  • 14/12/2016

    Сверхпрочные ноутбуки создадут для Сибири московские разработчики

    ​Ударопрочные, водостойкие ноутбуки для работы в ±50 °С разрабатывают в "Т-Платформе" для геологов и нефтяников - компания получила субсидию Минпромторга в 150 млн рублей. Российская компания "Т-Платформа" получила 150 млн рублей субсидии Министерства промышленности и торговли РФ на создание отечественного ноутбука для работы в экстремальных условиях.
    801
  • 31/01/2017

    Новосибирские математики разработали метод быстрого определения источника цунами

    ​Специалисты лаборатории методов создания, исследования и идентификации математических моделей естествознания Новосибирского государственного университета и Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН разработали метод, который позволит максимально быстро выявлять источник цунами.
    1097
  • 28/04/2016

    Разработки сибирских ученых помогут оценить экологическую обстановку в городе

    Для всестороннего анализа загрязнений атмосферы применяются математические модели и алгоритмы, создаваемые в Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН. Ученые ведут исследования по нескольким направлениям — например,  могут рассчитать, какая территория подвергается влиянию выбросов того или иного объекта.
    1036
  • 15/06/2017

    Институт вычислительных технологий создает новую систему хранения научных данных

    ​В ИВТ СО РАН запущена в тестовую эксплуатацию первая очередь новой системы хранения данных, которая строится на основе открытой платформы Ceph. Система предназначена для размещения, обмена и долговременного хранения научных данных.
    641
  • 26/03/2018

    «Умный город» в поисках стимула

    ​Прошло уже пять с половиной лет со времени проведения в Новосибирске Международного инновационного форума Interra-2012, в рамках которого состоялась сессия "Умный город и умное управление". За прошедшее время - а это срок советской "пятилетки" - стоило ожидать не только появления технологий нового качества, ориентированных на создание комфортабельной городской среды, но и их реального внедрения в повседневный городской быт.
    336
  • 09/04/2018

    Ученые СО РАН решили начать блокчейн-революцию в Новосибирске

    ​Ученые СО РАН предложили главе Новосибирска создать на базе мэрии постоянную комиссии по внедрению блокчейн-технологий в городское хозяйство. По мнению ученых, система повысит качество жизни и доверие к властям.
    283
  • 19/04/2016

    В Институте систем информатики СО РАН проходит XI Ершовская лекция по информатике

    ​19 апреля Институт систем информатики СО РАН проводит традиционную XI Ершовскую лекцию.В этом году с Ершовской лекцией выступит известный российский специалист по системному программированию д.ф.-м.н.
    1732
  • 07/02/2017

    Новосибирские ученые моделируют болезнь

    ​Работая с пациентом, врач анализирует симптомы, определяет заболевание и прописывает лекарства, но стандартная схема лечения эффективна не для всех. Дело в том, что организм каждого человека имеет свой иммунный ответ, зависящий от истории болезней и характеристик иммунокомпетентных клеток.
    836