Городской транспорт: взгляд с орбиты

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

Процессы увеличения численности населения Земли и урбанизации протекают параллельно. В результате города растут как в размерах, так и по количеству жителей, а это неизбежно связано с необходимостью организации эффективного и удобного общественного транспорта. Какие же решения предлагают для этого современные космические технологии?

Автобус нуждается в помощи

Когда во второй половине XIX века городской транспорт встал на рельсы, появилась необходимость упорядочения его движения во избежание столкновений и оптимизации системы пересадок. Первым инструментом для этого стали (и долго им оставались) обычные часы. Водители трамваев и поездов метрополитена четко соблюдали графики, а в случае аварий сообщали об этом диспетчерам по телефону или через соответствующие службы. Позже подобная технология распространилась на безрельсовый транспорт — автобусы и троллейбусы. С тех пор в большинстве европейских городов были введены расписания движения. Но рост городского населения, численности подвижного состава и длины маршрутов заставляли постоянно совершенствовать эту систему.

В 30-х годах прошлого столетия в общественном транспорте американских городов начали внедрять систему сигнализации, позволяющую вызвать полицию прямо из автобуса (или вагона метро) в случае обнаружения противоправных действий. Сигналы с передатчиков принимались датчиками, установленными на улице вдоль маршрута. Они довольно точно определяли положение транспортного средства, где произошло нарушение, и направляли правоохранителей в нужное место. Усовершенствование радиосвязи позволило сделать такие датчики многофункциональными: теперь они вдобавок сообщали, работает ли двигатель автобуса, сколько еще осталось горючего в его баке и т.д. Эта так называемая «активная» система трекинга все еще широко используется, например, в метро. Но быстрое развитие наземного транспорта требовало других решений. И здесь заявили о себе космические технологии.

Внешний вид спутника системы глобального позиционирования NAVSTAR-2F

В 1993 году заработала на полную мощность американская система GPS NAVSTAR, позволявшая пользователям с помощью небольшого по размерам оборудования установить свое местонахождение с точностью до нескольких десятков метров. В дальнейшем эта точность возрастала, а цена соответствующего оборудования и его масса, напротив, уменьшались. Поэтому уже в конце прошлого века были предприняты попытки приспособить эту систему для контроля за передвижением не только кораблей и самолетов (для чего она изначально разрабатывалась), но и других транспортных средств.

Несмотря на внешнюю простоту этой идеи, на пути к ее воплощению появилось много препятствий, и одно из них заключалось в нежелании развитых стран внедрять прогрессивные методы, поскольку привычные старые и без того неплохо работали, а менее развитым государствам на внедрение чего-нибудь нового часто не хватало средств. На постоянной основе GPS-трекинг городского транспорта впервые заработал только в 2006 году в Чикаго. С этого времени он стал обязательной частью транспортных систем многих городов мира.

Современный GPS-трекер, передающий информацию только про координаты транспортного средства

Подобные системы трекинга относятся к категории «пассивных». Их главное преимущество — в отсутствии «промежуточного» оборудования, устанавливаемого вдоль маршрута. Теперь датчик на транспортном средстве самостоятельно определяет его координаты и вместе с другой информацией посылает диспетчерский пункт в приемлемом для загрузки в компьютер виде.

Современный GPS-трекер, определяющий статус транспортного средства — работу двигателя, запас горючего, скорость и т.п.

Преимущество от внедрения спутникового трекинга получили, прежде всего, пассажиры тех стран, где расписания на остановках так и не стали частью повседневной жизни. Теперь там установлены табло, отображающие время до прибытия ближайшего автобуса, троллейбуса или трамвая нужного маршрута. Это время рассчитывается с использованием данных GPS и информации о ситуации с уличным движением на текущий момент.

Где затор?

Почти у каждого владельца смартфона установлено приложение Google Maps, которое позволяет отслеживать места, перегруженные транспортом. Возможность получения такой информации появилась с распространением мобильной связи. Сотовый телефон постоянно посылает сигнал на базовую станцию, что позволяет определить его местоположение. Когда таких телефонов на определенном участке дороги регистрируется заметно больше обычного — это становится поводом говорить о транспортных проблемах и сделать соответствующую отметку на карте.

Фрагмент карты Киева из сервиса Google Maps с условными обозначенными загруженности отдельных участков транспортной сети

А теперь представим себе ситуацию, когда на дороге скопились крупногабаритные грузовики. У водителя каждого из них есть сотовый телефон, но их «концентрация» будет меньше, чем требуется компьютерной программе для обнаружения препятствия движению, которое, конечно же, существует. Что делать в этом случае? Решение предложили сотрудники отдела наблюдений Земли из космоса Немецкого аэрокосмического центра DLR. Они использовали спутниковый радар с синтетической апертурой SAR для измерения положения и скорости сразу многих участников движения. Им удалось заметить пробки и определить места, где они образуются с наибольшей вероятностью. Правда, еще недавно такая технология была относительно дорогой, но ее быстрое развитие дает основания надеяться, что уже в ближайшее время она станет доступной для многих пользователей.

Современные города разрастаются довольно быстро, а большая мобильность населения и изменения его благосостояния напрямую влияют на количество транспортных средств. Это нужно учитывать при проектировании дорожной инфраструктуры. Имея подробную картину «узких мест», полученную с помощью космической съемки, городские службы будут определять участки строительства путепроводов, а также оптимальнее прокладывать маршруты общественного транспорта, что сделает его более быстрым и надежным. И если сейчас информация с орбиты является дополнением к результатам наземного мониторинга, то в будущем ее важность будет постоянно расти.

Положение и скорость движения отдельных транспортных средств, зарегистрированные во время экспериментов по радарному зондированию, которые проводил Немецкий аэрокосмический центр

Радарное отслеживание транспортных потоков поможет, например, при строительстве междугородных автострад и дорожных развязок. Но со временем оно наверняка начнет конкурировать с более простой и дешевой технологией: на автотрассах в достаточном количестве появятся беспилотные перевозчики, которые будут самостоятельно сообщать о своем состоянии и ситуации на дорогах. С большой вероятностью эта информация будет поступать в диспетчерскую (или центральный компьютер) с помощью спутниковой связи и новейших разработок в сфере беспроводного Интернета, которые сейчас активно внедряет, в частности, компания SpaseX с ее системой Starlink.

Потенциальные возможности

Более простой способ определения мест «повышенной концентрации» транспортных средств — это обычное сравнение космических фотографий, сделанных в часы пик и в остальное время. Такие технологии разрабатываются во многих исследовательских центрах и учебных заведениях. Одним из первых в этой области стал Новый университет в Лиссабоне, сотрудники которого еще в 2003 году представили результаты своих наблюдений и предложили различные пути их использования для планирования городов и усовершенствования систем транспорта. Благодаря усилиям ученых столица Португалии стала одним из самых чистых и удобных городов мира, что повлекло за собой оживление туристического потока и увеличило поступления в государственный бюджет.

Результаты глобального спутникового мониторинга концентрации углекислого газа в приземном слое атмосферы за 2009 год. Сейчас в распоряжении ученых имеются системы измерения с намного большей разрешающей способностью (как в пространственном, так и в хронологическом измерениях). Источник: NASA

В украинских реалиях более актуальными выглядят методики оценки состояния и качества дорожного покрытия на снимках с орбиты, причем как на дорогах, уже введенных в эксплуатацию, так и на строящихся (для оценки объема и качества выполненных работ). Это позволит оптимизировать выделение средств на ремонт и реконструкцию путей сообщения, а также вносить необходимые изменения в транспортную сеть, связанные со строительством новых объектов, созданием заповедников, добычей полезных ископаемых и последствиями стихийных бедствий. Отдельно должна быть проделана большая работа по улучшению энергетической инфраструктуры — линий электропередач и теплотрасс, многие из которых не отвечают современным требованиям.

Возвращаясь к проблемам урбанистики, можно упомянуть и другие методы космического мониторинга транспортных потоков, активно разрабатываемые в настоящее время. Главной «движущей силой» автомобилей и вообще безрельсовой техники все еще остается двигатель внутреннего сгорания, работа которого легко отслеживается по выбросам выхлопных газов и интенсивному тепловому излучению. По этим же параметрам, зарегистрированным с орбиты (точнее, по превышению их значений относительно среднего уровня для данной местности), можно определять места частого образования автомобильных пробок и сложные участки дорог. В перспективе это позволит решать не только транспортные, но и экологические проблемы населенных пунктов. Причем доступ к соответствующей информации должны получать как работники государственных структур и органов местного самоуправления, так и представители общественности. Подобная система с 2013 года уже функционирует в нескольких десятках городов Швейцарии, стран Евросоюза, а также Израиля и Турции.

Создание системы обеспечения свободного доступа в интернет Starlink подразумевает выведение на низкие орбиты нескольких тысяч специализированных спутников

Развитие информационных технологий неизбежно ведет к тому, что вскоре всю муниципальную технику — мусоровозы, транспортные средства, машины аварийных служб — также оборудуют GPS-датчиками, которые будут передавать информацию о ее местонахождении и статусе. Это позволит лучше прокладывать маршруты, избежать нецелевого использования и перерасхода топлива (или в более отдаленном будущем — электроэнергии). А когда придет время «беспилотных» транспортных средств с элементами искусственного интеллекта и дистанционным управлением, связь с ним будет опять-таки будет поддерживаться через спутниковый интернет.

***

За последние полвека человечество стало намного более мобильным, и эта тенденция продолжается. Если говорить о пассажирских перевозках на большие расстояния — нужно признать, что основную их часть занимает авиация. Но для внутригородского и пригородного сообщения еще долго будут использоваться наземные транспортные средства — автомобили, автобусы и поезда. Их и далее будут совершенствовать, чтобы сделать путешествия по городу более быстрыми и комфортными. И космические технологии, как несложно убедиться, предоставляют для этого широкий спектр возможностей.

Только самые интересные новости и факты на нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine