Новости

Сетевое адаптивное управление светофорами: успешный кейс Пензы

Кейс компании CodeInside
Современные города сталкиваются с ростом транспортной нагрузки, особенно в часы пик. Традиционные светофорные системы не всегда эффективно справляются с регулированием потоков, что приводит к заторам, увеличению времени в пути и недовольству жителей.

В Пензе был реализован проект сетевого адаптивного управления светофорами на магистрали с плотным транспортным потоком, который позволил повысить среднюю скорость движения на 125% и сократить время перегрузки на 67%. В этом кейсе расскажем о том, как удалось достичь таких результатов и какие технологии были использованы.
Главное о проекте:
  • Город: Пенза
  • Количество светофорных объектов в системе: 7
  • Рост средней скорости движения: +125% (с 20 до 45 км/ч)
  • Снижение времени перегрузки: −67% (с 3 часов до 1 часа)
  • Увеличение пропускной способности в пиковые часы: +48%
  • Технологии: MPC (Model Predictive Control), нейросетевая видеоаналитика, пир-детекторы
Команда проекта:
Государственное бюджетное учреждение Пензенской области «Безопасный регион», «ДорПроектСигнал», SMARTA, CodeInside.

В чем состояла проблема?

Проблема, с которой столкнулись жители города, заключалась в постоянных заторах на магистрали улицы Терновского в Пензе. Локальные решения на отдельных светофорных объектах не давали результатов, а транспортная сеть продолжала испытывать нагрузку.
Пробки значительно увеличивали время ожидания для водителей. Несогласованность фаз работы светофоров приводила к распространению заторов на соседние перекрестки. Это вызывало полное блокирование сети, что и послужило ключевой причиной обращения к разработке нового решения.
Несколько мнений жителей Пензы о работе светофоров на магистрали по ул. Терновского:
«Из-за этого светофора каждое утро стоит половина Терновки (главная дорога в центр и обратно). Проезжая этот светофор, машины и общественный транспорт не то что едут, они летят.»
«Когда будет решаться проблема с пробками огромными в Терновке? Из Спутника невозможно выехать утром. Понтонный мост почему нельзя сделать бесплатным? Или через речку построить на ГПЗ сразу.»
«От «Куба» до «Терновского куста» 20 минут сегодня ехали. 1 остановка.»
«От «Ашана» до «Терновского куста» 50 минут и это каждое утро!»
Проблема беспокоит местных жителей на протяжении нескольких лет. Так, в начале декабря 2022 года, на одном из светофорных объектов магистрали у объекта произошел сбой в работе контроллера, связанный с выходом из строя процессора. Светофорный объект был отключен. По этому поводу в социальных сетях местные жители выразили свою радость. По словам пензенцев, как только объект перестал работать — на указанном участке дороги перестали образовываться пробки. Тем не менее светофор все же починили.

Цели и задачи проекта

Основной целью проекта стало устранение транспортных заторов и равномерное распределение нагрузки по магистрали. При этом перед проектной командой стояла задача не только решить текущие проблемы, но и обеспечить устойчивость транспортной сети на будущее.
«Система должна была не только работать сейчас, но и быть гибкой для дальнейшей адаптации, чтобы покрывать всю магистраль» — Алексей Александрович Власов, заместитель директора ГБУ «Безопасный регион».
Для достижения этой цели требовалось:
  • произвести мониторинг транспортных потоков на магистрали
  • проанализировать интенсивность движения на всех ее участках
  • выявить узкие места, препятствующие свободному движению транспорта
  • произвести расчет режимов работы светофорных объектов таким образом, чтобы соблюдался баланс объема и интенсивности движения по пересечению
  • обеспечить согласованную работу всех светофоров на магистрали
  • наладить систему адаптивного управления светофорами по всей длине магистрали
  • провести тестирование изменений и ввести в эксплуатацию.

Реализация

Реализация проекта стала многослойным процессом, охватывающим сбор и анализ данных, расчет, настройку, тестирование и запуск системы.
1 этап. Мониторинг транспортного потока: сбор первичных данных
Затор, как правило, формируется в одной или нескольких точках. Как показала аналитика, на магистрали по улице Терновского сложность заключалась в том, что в источнике затора движение зачастую было более интенсивным, чем на соседних участках.
Пробка на магистрали по улице Терновского возникала из-за блокировки определенного участка дороги. Очередь накапливалась, доходя до соседних перекрестков, что приводило к ситуации, когда в течение одного цикла ни один транспортный поток не мог продвинуться. В таких условиях проблемный перекресток начинал разгружаться, движение восстанавливалось, но основные сложности перемещались на соседние перекрестки, как предшествующие, так и последующие.
В результате на определённых направлениях движение становилось невозможным через каждый цикл. Определить точное местоположение «проблемной зоны» в условиях, когда магистраль практически парализована, оказалось крайне непросто.
Для начала решения проблемы был собран массив данных о транспортной ситуации, который стал основой для дальнейшей работы. Радары и пир-детекторы собрали первичные данные об интенсивности движения транспортного потока с 8-ми прямых полос, а нейросетевая видеоаналитика — о поворотных потоках.
Анализ собранных данных позволил определить время, участки и причину формирования заторов.
«По данным отчетов, блокирование исходящих связей происходило не при въезде на перекресток, а при выезде из него» — подчеркнул Алексей Власов.
Зафиксированное значительное снижение скорости транспортного потока на подходе к перекрёстку с 40 км/ч до 10–12 км/ч стало ключевым показателем формирования затора.
Собранные данные были интегрированы в цифровую модель транспортной сети, что позволило провести балансировку сети.
2 этап. Балансировка объема и интенсивности движения на всей магистрали
На текущем этапе был выполнен расчет оптимальных режимов работы светофоров с использованием прогнозирующих моделей (Model Predictive Control, MPC). Это позволило минимизировать задержки транспортных средств, сократить длину очередей и избежать перегруза перекрестков.
3 этап. Координация режимов работы светофорных объектов: установка единого цикла для всей магистрали
Проблема заторов решалась на уровне всей сети, поскольку попытки устранить её локально оказывались неэффективными. Только комплексный подход позволил добиться результатов.
«Проблема одного перекрестка приводила к остановке всей магистрали, и решать задачу локально было просто бесполезно» — Алексей Александрович Власов, заместитель директора ГБУ «Безопасный регион».
Был зафиксирован случай, когда один светофорный объект работал вне адаптивного режима, и его настройки не соответствовали режимам соседних перекрёстков. Это вызывало сбои: движение на шести объектах оставалось нормальным, а на седьмом возникали заторы. При этом проблемный перекрёсток не выглядел критичным — небольшая транспортная фаза, короткая пешеходная, — но его пропускная способность оказывалась недостаточной для обеспечения движения по магистрали.
Как только режим работы этого светофора был откорректирован и синхронизирован с общей схемой, ситуация изменилась кардинально: вся сеть заработала стабильно.
«Подобные нюансы подчеркивают важность не только технических инструментов, но и грамотного технического сопровождения — от расчётов до внедрения решений», — отметил Алексей.
Также на этом этапе была внедрена адаптивная система управления, которая позволила скорректировать режимы работы светофоров в режиме реального времени.
4 этап. Тестирование и внедрение
Проект завершился тестированием, в ходе которого система успешно прошла проверку в реальных условиях. После этого она была введена в эксплуатацию, что изменило ситуацию на магистрали.

Особенности

Проект стал уникальным не только для города, но и для региона: он охватил всю магистраль, а не отдельные перекрестки. Именно это позволило подойти к проблеме системно.
Впервые в регионе была реализована схема управления, включающая:
  • балансировку пропускной способности по всей магистрали на основе реальных данных, обеспечивающую равномерную нагрузку на всех участках сети
  • координацию работы всех светофорных объектов сети, обеспечивающую согласованность их работы, что способствует сокращению числа неоправданных остановок и торможений в потоке.
  • адаптивное управление светофорами для изменения режимов их работы в соответствии с изменениями дорожной ситуации
«Мы смогли реализовать то, что раньше считалось невозможным: интеграция адаптивного управления с полной координацией на уровне всей магистрали,» — отметил Алексей Власов.
Использование различных типов датчиков, существующего у региона оборудования и минимальные затраты на расширение инфраструктуры открыли возможность масштабирования на другие регионы.

Результат

Результаты внедрения превзошли ожидания. Система показала высокую эффективность, доказав, что даже при минимальных изменениях инфраструктуры можно добиться значительных улучшений:
  • время функционирования участка в режиме перегруза сократилось на 67%: с 3 часов до 1 часа.
  • средняя скорость движения возросла на 125%: с 20 км/ч до 45 км/час
  • интенсивность транспортного потока увеличилась на 18% — с 1700 авто/ч до 2000 авто/ч, а в пиковые часы система обеспечивала объем трафика до 2516 авто/ч, что на 48% выше начального значения.

Отзывы жителей

Внедрение системы адаптивного управления вызвало отклики среди жителей города, которые отмечают как положительные изменения, так и сохраняющиеся проблемы.
Один из местных жителей поделился своим опытом:
«Как местный житель, ежедневно проезжающий по этой магистрали, могу отметить, что ситуация действительно улучшилась в часы, когда поток автомобилей умеренный: дорога стала ощутимо комфортнее, а время в пути сократилось с 1 часа до 20-25 минут. Однако в час-пик эффекта не заметно. Затор на улице Терновского продолжает оставаться серьёзной проблемой, и время в пути от Спутника до центра города занимает около часа. Основная причина — недостаточная ширина проезжей части: всего две полосы, которые не справляются с таким интенсивным трафиком. А если случается авария, движение фактически блокируется, так как остается только одна доступная полоса.»
Некоторые жители отмечают проблемы с синхронизацией светофоров.
«Если двигаться по магистрали в сторону аэропорта невозможно попасть в „зелёную волну“. Например, трогаясь на зелёный сигнал светофора от ТЦ „Куб“, нужно проехать ~50 метров до поворота на г. Спутник, но этого не получается сделать, так как на следующем светофоре горит красный сигнал светофора. Спустя ещё ~50 метров ситуация повторяется — снова красный. Так происходит до остановки „ул. Терешковой“. Попасть в „зелёную волну“ не получается, поэтому приходится стоять на каждом из светофоров.»
Другие жители акцентируют внимание на отдельных перекрёстках.
«На мой взгляд, наиболее нагруженными точками являются: светофор возле моста через реку Пенза, т.к. при движении в направлении центра левая полоса часто занята автомобилями, поворачивающими налево, в результате чего вся пропускная способность ограничивается одной полосой; светофор на перекрёстке с ул. Ростовской. Исключая эти точки, работа светофоров согласована и позволяет двигаться в зеленой волне.»
Отзывы жителей подтверждают, что внедрение адаптивного управления принесло значительные улучшения для транспортной сети, особенно в часы с умеренным трафиком. Однако остаются локальные проблемы, связанные с синхронизацией светофоров на отдельных участках и недостаточной шириной проезжей части на магистрали. Эти вопросы требуют дальнейшего анализа и доработки системы для достижения максимального эффекта. Жители также отмечают необходимость продолжения работы над оптимизацией движения, что позволит устранить оставшиеся проблемы и повысить комфорт.

Заключение

Сетевое адаптивное управление светофорами на магистрали в Пензе продемонстрировало свою эффективность, став успешным примером для других городов. Этот опыт показывает, что современные технологии и нетривиальный подход способны быстро и эффективно решать транспортные проблемы, создавая устойчивую инфраструктуру на будущее.