Міський транспорт: погляд з орбіти

 https://universemagazine.com/wp-content/uploads/2018/10/zaglushka-e1538748301621.png
Володимир Манько

Процеси збільшення чисельності населення Землі та урбанізації протікають паралельно. У результаті міста зростають як за розмірами, так і за кількістю мешканців, а це неминуче викликає потребу в ефективному та зручному громадському транспорті. Які ж рішення пропонують для цього сучасні космічні технології?

Автобус потребує допомоги

Коли у другій половині XIX століття міський транспорт став на рейки, з’явилася необхідність упорядкування його руху для уникнення зіткнень і оптимізації системи пересадок. Першим інструментом для цього став (і довго ним лишався) звичайний годинник. Водії трамваїв і потягів метрополітену чітко дотримувалися графіків, а в разі аварій повідомляли про це диспетчерів телефоном або через відповідні служби. Пізніше така технологія поширилася на безрейковий транспорт — автобуси та тролейбуси. Відтоді  у більшості європейських міст запровадили розклади руху. Але зростання міського населення, кількості рухомого складу і довжини маршрутів змушували постійно вдосконалювати цю систему.

У 30-х роках минулого століття у громадському транспорті в американських містах почали впроваджувати систему сигналізації, яка дозволяла викликати поліцію прямо з автобуса (чи вагона метро) у разі виявлення протиправних дій. Сигнали з передавачів приймалися датчиками, встановленими на вулиці вздовж маршруту. Вони досить точно визначали розташування транспортного засобу, де сталося порушення, і скеровували правоохоронців у потрібне місце. Вдосконалення радіозв’язку дозволило зробити такі датчики багатофункціональними: тепер вони  повідомляли, чи працює двигун автобуса, скільки ще залишилося пального в його баку тощо. Ця так звана «активна» система трекінгу досі широко використовується, наприклад, у метро. Але швидкий розвиток наземного транспорту вимагав інших рішень. І тут заявили про себе космічні технології.

Зовнішній вигляд супутника системи глобального позиціонування NAVSTAR-2F

У 1993 році запрацювала на повну потужність американська система GPS NAVSTAR, що дозволяла користувачам за допомогою невеликого за розмірами обладнання встановити своє місцеперебування з точністю до кількох десятків метрів. Надалі ця точність зростала, а вартість відповідного обладнання та його маса, навпаки, зменшувалися. Тому вже наприкінці минулого століття почалися спроби пристосувати цю систему для контролю за пересуванням не лише кораблів і літаків (для чого вона початково розроблялася), але й інших транспортних засобів.

Попри зовнішню простоту цієї ідеї, на шляху до її втілення з’явилося багато перешкод, і одна з них полягала у небажанні розвинених країн впроваджувати прогресивні методи, оскільки звичні старі  й без того непогано працювали; а менш розвиненим державам на втілення чогось нового часто не вистачало коштів. Врешті на постійній основі GPS-трекінг міського транспорту вперше запрацював лише 2006 року в Чикаго. Відтоді він став обов’язковою частиною транспортних систем багатьох міст світу.

Сучасний GPS-трекер, що передає інформацію тільки про координати траспортного засобу

Подібні системи трекінгу належать до категорії «пасивних». Їхня головна перевага — у відсутності «проміжного» обладнання, що встановлюється вздовж маршруту. Тепер датчик на транспортному засобі самостійно визначає його координати й разом з іншою інформацією надсилає до диспетчерського пункту у прийнятному для завантаження в комп’ютер вигляді.

Сучасний GPS-трекер, що визначає статус траспортного засобу — роботу двигуна, запас пального, швидкість і т.п.

Перевагу від впровадження супутникового трекінгу отримали насамперед пасажири тих країн, де розклади на зупинках так і не стали частиною повсякденного життя. Тепер там встановлені табло, які відображають час до прибуття найближчого автобуса, тролейбуса чи трамваю потрібного маршруту. Цей час розраховується з використанням даних GPS й інформації про ситуацію з дорожнім рухом на поточний момент.

Де затор?

Майже у кожного власника смартфону встановлений додаток Google Maps, що дозволяє відстежувати місця перезавантаження транспортом. Можливість отримувати таку інформацію з’явилася з поширенням мобільного зв’язку. Стільниковий телефон постійно надсилає сигнал на базову станцію. Це дає можливість визначити його місце розташування. Коли таких телефонів на певній ділянці дороги реєструється помітно більше, ніж зазвичай — це стає підставою говорити про транспортні проблеми та зробити відповідну позначку на карті.

Фрагмент карти Києва з сервісу Google Maps з умовними позначеннями завантаження окремих ділянок транспортної мережі

А тепер уявімо ситуацію, коли на дорозі скупчилися великогабаритні вантажівки. У водія кожної з них є  стільниковий телефон, але їх «концентрація» буде менша, ніж потрібна комп’ютерній програмі для виявлення перешкоди руху, яка, певна річ, існує. Що робити у такому разі? Рішення знайшли  співробітники відділу спостережень Землі з космосу Німецького аерокосмічного центру DLR. Вони застосували супутниковий радар із синтетичною апертурою SAR для вимірювання розташування та швидкості відразу багатьох учасників руху. Їм вдалося помітити затори та визначити місця, де вони утворюються з найбільшою ймовірністю. Правда, донедавна така технологія була відносно вартісною, але її швидкий розвиток дає підстави сподіватися, що вже найближчим часом вона стане доступною для багатьох спостерігачів.

Сучасні міста розбудовуються досить швидко, а велика мобільність населення і зміни у його добробуті напряму впливають на кількість транспортних засобів. Це потребує належного  проєктування дорожньої інфраструктури. Маючи докладну картину «вузьких місць», отриману з допомогою космічної зйомки, міські служби визначатимуть ділянки будівництва шляхопроводів, а також оптимальніше прокладатимуть маршрути громадського транспорту, що зробить його швидшим і надійнішим. І якщо зараз інформація з орбіти є доповненням до результатів наземного моніторингу, то в майбутньому її вага невпинно зростатиме.

Положення та швидкість руху окремих транспортних засобів, зареєстровані під час експериментів з радарного зондування, які проводив Німецький аерокосмічний центр

Радарне відстежування транспортних потоків допомагатиме, наприклад, у побудові міжміських автострад та дорожніх розв’язок. Але з часом воно напевно почне конкурувати з простішою і дешевшою технологією: на автошляхах у достатній кількості з’являться безпілотні перевізники, які самостійно повідомлятимуть про свій стан і ситуацію на дорогах. З великою ймовірністю ця інформація надходитиме до диспетчерської (або центрального комп’ютера) за допомогою супутникового зв’язку й новітніх розробок у сфері  безпровідного Інтернету, які зараз активно впроваджує, наприклад, компанія SpaseX з її системою Starlink.

Потенційні можливості

Найпростіший спосіб визначення місць «підвищеної концентрації» транспортних засобів — це просте порівняння фотографій з орбіти, зроблених у години пік і в інший час. Такі технології розробляються у багатьох дослідницьких центрах і навчальних закладах. Одним з перших у цій галузі був Новий університет в Лісабоні, співробітники якого ще 2003 року представили результати своїх спостережень і запропонували різні шляхи їх використання для планування міст і вдосконалення систем транспорту. Завдяки зусиллям учених столиця Португалії стала одним з найчистіших і найзручніших міст світу, що спричинило пожвавлення туристичного руху і збільшило надходження до державного бюджету країни.

Результати глобального супутникового моніторингу концентрації вуглекислого газу в приземному шарі атмосфери за 2009 рік. Зараз у розпорядженні вчених є системи вимірювання за набагато більшою роздільною здатністю (як у просторовому, так і у часовому вимірах). Джерело: NASA

В українських реаліях актуальнішими є методики оцінки стану та якості дорожнього покриття на знімках з орбіти, причому як на дорогах, уже введених в експлуатацію, так і тих, що лише будуються (для оцінки об’єму та якості виконаних робіт). Це дозволить оптимізувати виділення коштів на ремонт і реконструкцію шляхів, а також вносити необхідні зміни до транспортної мережі, пов’язані з будівництвом нових об’єктів, створенням заповідників, видобутком корисних копалин і наслідками стихійних лих. Окремо має бути проведена велика робота з покращення енергетичної інфраструктури — ліній електропередач і теплотрас, багато з яких не відповідають сучасним вимогам.

Повертаючись до проблем урбаністики, можна згадати й інші методи космічного моніторингу транспортних потоків, які зараз активно розробляються. У наш час головною «рушійною силою» автомобілів і взагалі безрейкової техніки все ще залишається двигун внутрішнього згоряння, робота якого легко простежується за викидами відпрацьованих газів та інтенсивним тепловим випромінюванням. За цими ж параметрами, зареєстрованими з орбіти (точніше, за перевищенням їхніх значень відносно середнього рівня для даної місцевості), можна визначати місця частого утворення автомобільних заторів і складні  ділянки доріг. У перспективі це дозволить вирішувати не лише транспортні, а й екологічні проблеми населених пунктів. Причому доступ до відповідної інформації мають отримувати як працівники державних структур і органів місцевого самоврядування, так і представники громадськості. Подібна система з 2013 року вже функціонує у кількох десятках міст Швейцарії, країн Євросоюзу, а також Ізраїлю і Туреччини.

Створення системи забезпечення вільного доступу до інтернету Starlink передбачає виведення на низькі орбіти кількох тисяч спеціалізованих супутників

Розвиток інформаційних технологій неминуче веде до того, що вже невдовзі вся муніципальна техніка — сміттєвози, транспортні засоби, машини аварійних служб — теж буде обладнана GPS датчиками, які передаватимуть інформацію про її місце перебування та статус. Це дозволить краще прокладати маршрути, уникнути нецільового використання та надмірних витрат пального (або ж — у більш віддаленому майбутньому — електроенергії). А коли настане час «безпілотних» транспортних засобів з елементами штучного інтелекту й дистанційним керуванням, зв’язок із ним підтримуватиметься знову-таки через супутниковий Інтернет.

*    *    *

За минулі півстоліття людство стало набагато мобільнішим, і ця тенденція триватиме. Якщо говорити про пасажирські перевезення на великі відстані — треба визнати, що більшу їхню частку займає авіація. Але для внутрішньоміського та приміського сполучення ще довго використовуватимуться наземні транспортні засоби — автомобілі, автобуси та потяги. Їх і надалі вдосконалюватимуть, щоб зробити подорожі всередині міст швидшими та комфортнішими. І космічні технології, як неважко переконатися, надають для цього широкий спектр можливостей.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine