Intelligent transport systems in Russian megacities: the essence, structure and directions of development

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Растущая урбанизация представляет собой серьезную многофакторную глобальную проблему, требующую целенаправленного развития системы управления различными функциональными сферами, в том числе транспортной. Численность населения, проживающего в городах, постоянно увеличивается и по прогнозам ООН к 2030 составит около 4,9 млрд человек [1]. Зависимость качества жизни городского населения от уровня развития транспортных систем значительно возросла, поскольку в настоящий период происходит обострение проблем в области транспорта: недостаточная пропускная и провозная способность видов транспорта, неравномерность развития инфраструктуры, рост потерь времени в пути, увеличение количества ДТП и других.

Интеллектуальные транспортные системы (ИТС) обладают значительным потенциалом для решения проблем, являющихся следствием урбанизации: с помощью распространения информации о дорожной обстановке снижают нагрузку на улично-дорожную сеть городских территорий, обеспечивают безопасность движения за счет обработки большого объема данных, поступающих из различных источников, способствуют более эффективному использованию существующей транспортной инфраструктуры путем внедрения элементов управления движением и перераспределения транспортных потоков.

На данный момент продолжается укрупнение имеющихся городских поселений, что приводит к формированию полицентрических агломераций. Величина и степень проявления агломерационного эффекта в национальной экономике во многом определяется уровнем развития городской инфраструктуры, в том числе транспортной, в развивающихся агломерациях, и рациональной организацией управления потоками транспортных средств и пассажиров. В настоящий период имеется значительное число научных исследований и публикаций, посвященных развитию пассажирских транспортных систем в агломерациях, в том числе основанных на использовании элементов ИТС и концепции «Мобильность как услуга». Среди их авторов можно выделить М.А. Лякину [2], Н.А. Журавлеву [3], И.М. Гулого [4], Т.Г. Шульженко [5] и др.

Значительное количество исследований, посвященных цифровым транспортным технологиям, выполнено зарубежными учеными. Так, в статье [6] рассматриваются технико-технологические элементы, необходимые для функционирования интеллектуальной транспортной системы. В работе [7] исследуются вопросы трансформации перевозочного процесса с позиции инновационной теории. Авторы исследований [8], [9], [10], [11] обосновывают использование big data и нейронных сетей в качестве инструментов для формирования интеллектуальных транспортных систем. При возрастающем интересе научного сообщества к проблематике интеллектуальных транспортных систем большая часть исследований посвящена техническим вопросам, что является обоснованным ввиду наличия сложностей во внедрении новых технико-технологических достижений в текущие производственные процессы.

 Кроме того, хотелось бы отметить малое количество научных исследований, обосновывающих рекомендации по развитию ИТС с учетом их сущности и специфики развития в российских агломерациях, в том числе в увязке с достигаемыми экономическими, финансовыми и социальными эффектами.

Подчеркнем, что ИТС появляются в агломерациях не только как результат научно-технического прогресса в транспортной отрасли, но и как ответ на растущую мобильность населения. Имеющиеся инфраструктурные ограничения, негативно влияющие на мобильность городского населения, могут быть частично сняты посредством внедрения новых технологий управления дорожным движением и иных элементов интеллектуальных транспортных систем (ИТС). В то же время успешное развитие технологий ИТС обеспечивается на предварительном этапе транспортным планированием и определением места и роли каждого вида транспорта в городской транспортной системе. Для решения этой задачи следует определить понятие интеллектуальной транспортной системы, состав и взаимосвязи ее элементов, а также потенциальные эффекты ее функционирования.

 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

 Для достижения цели исследования авторами был проведен анализ российских и зарубежных научных публикаций по теме исследования, а также государственного стандарта ГОСТ Р56294–2014 «Интеллектуальные транспортные системы. Требования к функциональной и физической архитектурам интеллектуальных транспортных систем». В результате систематизации их результатов, сравнительного анализа определений была определена сущность ИТС, выделены уровни ее структуры и сформированы задачи управления пассажирским транспортом, которые могут быть решены с применением интеллектуальных транспортных систем.

Далее был проведен анализ публикаций российских авторов, а также статистических данных, который позволил систематизировать эффекты, генерируемые развитием ИТС в агломерации, выделить проблемы их развития в российских городах, а также сформировать рекомендации по их применению.

 РЕЗУЛЬТАТЫ

В Табл. 1 представлено несколько определений ИТС, отличающихся перечнем выделяемых параметров.

 

Таблица 1. Систематизация определений понятия «Интеллектуальная транспортная система»

Определение	Автор(-ы) или источник
Комплексное использование сенсорных, компьютерных, электронных и коммуникационных технологий, а также стратегий управления для повышения безопасности и эффективности наземной транспортной системы	McGregor, R.V.; Eng, P.; MacIver, A.
Широкий спектр организационных и технологических систем, которые обеспечивают эффективную оптимизацию транспортных потоков и бесперебойное транспортное сообщение, сокращая количество узких мест транспортной сети.	Intelligent Transport Systems (ITS) for sustainable mobility
Применение технологий анализа, управления и связи на наземном транспорте с целью повышения безопасности, мобильности и эффективности.	Perspectives on Intelligent Transportation Systems (ITS)
Современные беспроводные, электронные и автоматизированные технологии, позволяющие интегрировать транспортные средства (транзитные, грузовые и личные), пользователей системы и инфраструктуру (дороги и транспорт).	Shaheen, S., Finson, R.
Сочетание высоких технологий и достижений в области информационных систем, связи, датчиков и передовых математических методов с инфраструктурой наземного транспорта.	Sussman, J. S.
Система автоматизированного взаимодействия между транспортными средствами и инфраструктурой для достижения высокого уровня безопасности, комфорта и оперативности в области транспортных коммуникаций.	Daniel, A., Paul, A., Ahmad, A. et al.
Интеграция системы связи и информационных технологий, предназначенная в первую очередь для повышения безопасности и эффективности транспортной сети.	Тураева Н., Парманкулов С., Эшмурадов Д.
Системы, создаваемые на основе интеграции средств автоматизации контроля и управления транспортом, информационных и коммуникационных технологий, ГНСС, динамических геоданных и единой информационной среды в транспортную инфраструктуру, транспортные средства, ориентированные на повышение безопасности и эффективности транспортных потоков и пользователей транспорта.	Маркелов В. М., Соловьев И. В., Цветков В. Я.

Источник: составлено авторами

 

Несмотря на заметную разницу в перечисляемых характеристиках ИТС, все исследователи сходятся в принципиальном значении информационных технологий для реализации ИТС. Основой ИТС являются информационно-коммуникативные системы, соединяющие технические элементы: датчики, средства наблюдения, спутники, базы данных и т. д.

Анализ состава элементов позволяет заключить, что ИТС в агломерациях имеют сложную структуру, которая включает ряд взаимосвязанных функциональных подсистем, которые могут применяться как в комплексе, так и изолированно. Перечень подсистем ИТС и их функций для агломераций представлен в Табл. 2. Таким образом, внедрение ИТС призвано решить важнейшие транспортные задачи: разгрузить транспортную инфраструктуру, повысить эффективность использования ресурсов пассажирского транспортного комплекса и качество обслуживания городского населения и др.

 

Таблица 2. Подсистемы ИТС и их функции для агломерации

Подсистема ИТС	Функция
Управления транспортными потоками	Регулирование загруженности улично-дорожной сети путем сдерживания растущих транспортных потоков в «узких местах»
Управления парками транспортных средств	Достижение баланса спроса и предложения на транспортные услуги посредством передислокации транспортных средств
Обеспечения безопасности дорожного движения	Информирование водителей и причастных органов власти о скорости транспортных потоков, пробках и ДТП, фотовидеофиксация нарушений ПДД
Взаимодействия транспортных средств с дорожной инфраструктурой / другими транспортными средствами	Регулирование фаз светофоров в целях обеспечения приоритетного движения общественного транспорта, отслеживание движения и расчет времени ожидания общественного транспорта на остановках
Системы экологического контроля за выбросами транспортных средств и их минимизации	Оперативное отображение информации с сигнализацией о превышении допустимых (фоновых) значений показателей в зоне влияния автомобильных дорог
Системы управления парковками	Мониторинг, подготовка и передача данных о наличии свободных объектов парковочного пространства
Системы взимания платы за проезд	Автоматическая оплата проезда в общественном пассажирском транспорте всех видов с использованием бесконтактных смарт-карт (БСК) и банковских карт

Источник: составлено авторами

 

При внедрении в транспортные системы новых технологий приоритет отдается четырем ключевым принципам: устойчивости, интеграции, безопасности и оперативности. Для эффективного функционирования интеллектуальных транспортных систем выделяют три уровня (Рис. 1).

 

Рис. 1. Уровни структуры ИТС

Источник: составлено авторами

 

Итак, в большинстве определений (Табл. 1) содержание ИТС определяется в техническом аспекте (состав элементов, применяемые методы и средства), однако при этом упоминаются и цели ее внедрения, а также генерируемые ИТС эффекты на уровне транспортной системы (повышение мобильности населения, рост эффективности, безопасности, комфортности, ликвидация «узких мест»). Акцент делается как на эффективном использовании ресурсов транспортных систем, так и на возможности роста мобильности населения, сокращения временных и денежных потерь, повышения качества пассажирских транспортных услуг, их безопасности и экологичности. ИТС на современном этапе развития транспортных систем становятся инструментом управления, обеспечивающим рост эффективности использования ресурсов пассажирской транспортной системы и появление положительных экстерналий, в том числе агломерационного эффекта. На наш взгляд, эффекты, обусловленные внедрением и работой ИТС, имеет смысл систематизировать как с точки зрения содержания, так и с точки зрения выгодоприобретателей (Рис. 2).

 

Рис. 2. Систематизация эффектов, генерируемых внедрением и работой ИТС

Источник: составлено авторами

 

Обратимся далее к российскому опыту внедрения ИТС. В Российской Федерации термин Интеллектуальная транспортная система (ИТС) впервые формально был определен в п. 2.1. ГОСТ Р 56294–2014 следующим образом: ИТС – система, интегрирующая современные информационные, коммуникационные и телематические технологии, технологии управления и предназначенная для автоматизированного поиска и принятия к реализации максимально эффективных сценариев управления транспортно-дорожным комплексом региона, конкретным транспортным средством или группой транспортных средств с целью обеспечения заданной мобильности населения, максимизации показателей использования дорожной сети, повышения безопасности и эффективности транспортного процесса, комфортности для водителей и пользователей транспорта. Данное определение соответствует законодательной базе Российской Федерации и гармонизировано с международными стандартами. Его содержание соответствует авторским определениям, представленным в Табл. 1. Более того, в дефиниции подчеркивается организационно-управленческий аспект и цель обеспечения роста мобильности населения.

В Российской Федерации производится внедрение ИТС, однако носит фрагментарный характер. Принят к реализации национальный проект «Безопасные и качественные автомобильные дороги» [12], а также связанные с ним федеральные проекты в области дорожного хозяйства и автомобильного транспорта; запущен проект «Автодата» по сбору автомобильных данных [13]; ведутся разработки новых элементов транспортных систем (системы весогабаритного контроля без остановки ТС и др.), формируются проекты, связанные с применением новых прорывных технологий (беспилотный транспорт, магнитолевитационный транспорт) [14, 15]. Дальнейшее внедрение и интеграция элементов различных уровней структуры ИТС позволят в перспективе перейти к практической реализации концепции «Мобильность как услуга» (MaaS) в российских агломерациях.

Концепция «Мобильность как услуга» предусматривает клиентоориентированный подход: управление транспортным поведением пассажиров и качеством транспортного обслуживания. Логическая взаимосвязь этапов внедрения ИТС и MaaS в целях повышения качества комплексного транспортного обслуживания населения агломераций представлена на Рис. 3.

 

Рис. 3. Этапы повышения качества комплексного транспортного обслуживания населения в агломерациях

Источник: составлено авторами

 

Концепция («Мобильность как услуга») целесообразна к внедрению после предварительной интеграции элементов ИТС и создания цифровых возможностей для планирования, маршрутизации и оплаты мультимодальных поездок.

В отечественных агломерациях на настоящий момент реализован первый этап повышения качества комплексного транспортного обслуживания населения (Рис. 3). Для эффективного функционирования ИТС и получения синергетического эффекта от взаимодействия ее элементов, в свою очередь, необходим переход ко второму и третьему этапам. Второй этап возможно реализовать за счет создания квазиинтегрированной структуры – кластера транспортных компаний городских агломераций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ информационных источников по теме исследования позволил заключить, что на современном этапе систем управления городским пассажирским транспортом в агломерациях ИТС становятся одним из важных инструментов, позволяющих решить транспортную проблему и обеспечить возможности роста мобильности населения.

Проведенный анализ показал целесообразность повышения эффективности использования ресурсов пассажирского транспортного комплекса и качества транспортного обслуживания населения за счет внедрения ИТС. Организационно-управленческий потенциал ИТС может быть реализован при использовании концепции MaaS («Мобильность как услуга»), внедрение которой предполагает интеграцию элементов ИТС на трех уровнях: сетевом, транспортном и институциональном. В российских агломерациях в настоящее время целесообразным является переход к интеграции внедренных элементов ИТС. Для решения этой задачи в агломерации может быть создан кластер транспортных компаний, в рамках которого будет происходить интегрированное планирование и внедрение цифровых решений в пассажирскую транспортную систему.

About the authors

Maria E. Vasilyeva

SPb State Unitary Enterprise “Gorelektrotrans”

Email: m.petrova@spbget.ru

specialist

Russian Federation, St. Petersburg

Elena M. Volkova

Emperor Alexander I Petersburg State Transport University

Author for correspondence.
Email: moonlight34@ya.ru
ORCID iD: 0000-0003-0620-463X

Candidate of Economic Sciences, associate professor

Russian Federation, St. Petersburg

Alexey S. Romanov

Emperor Alexander I Petersburg State Transport University

Email: Alexey-95-31@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9088-4361

Candidate of Economic Sciences, lecturer

Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files