Скрытый от глаз мир управления движением… всего

Представьте себе, что вам нужно добраться из пункта А в пункт B. Корреспондент BBC Future выяснил, что, независимо от выбранного вами способа передвижения, существуют технологии, которые и принимают решения, когда и как вы попадете к месту назначения.

Садитесь за руль – и в путь! Если кинематограф и песни Брюса Спрингстина чему-то и научили нас, так это тому, что именно пустая дорога перед вами и есть воплощение свободы. Или свобода воплощается в чем-то другом? Даже если вы ощущаете ее именно так, за кулисами реальности скрывается неисчислимое множество технических устройств и технологических процессов, которые, в конечном счете, и контролируют ваше перемещение по маршруту. То же самое справедливо для путешествий по железной дороге или по воде.

Если же вы предпочтете воздушный транспорт и направитесь в аэропорт, ваш вылет и прилет будут зависеть от требований авиадиспетчерской службы, которая отслеживает другие самолеты и постоянно меняющуюся погоду. Итак, добро пожаловать в скрытый от глаз мир управления транспортной инфраструктурой. И этот мир становится все более сложным и изощренным.

(Похожие статьи из раздела "Журнал")

Может показаться, что некоторые замысловатые способы управления транспортом вошли в мифологию городских жителей. На самом деле эти методики вполне реальная вещь. Возьмем в качестве примера так называемую зеленую волну. Зеленая волна – это когда все светофоры в городе удобным образом переключаются на зеленый сигнал с приближением потока и открывают для водителей беспрепятственный проезд.

Синхронизация светофоров

В Германии, где водителям издавна рассказывали, что если они будут двигаться с определенной скоростью, то смогут все время проезжать на зеленый свет, это выражается популярной формулой - Grüne Welle, что, собственно, и означает в переводе с немецкого "зеленая волна". Сегодня зеленые волны стали более совершенными благодаря адаптивным системам, способным синхронизировать работу светофоров в тех случаях, когда это создает наиболее благоприятные условия и обеспечивает безопасность движения. Дело не ограничивается одними лишь автомобилями. В столице Дании, Копенгагене, городские власти ввели зеленые волны для велосипедистов.

(Впервые управляемая вручную зеленая волна на шести регулируемых светофорами перекрестках была внедрена в Солт-Лейк-Сити, штат Юта, США, в 1917 году. В Германии "ручную" зеленую волну применили на улице Лейпцигер-штрассе в центре Берлина в 1926 году. Указатели скорости, обеспечивающий проезд по зеленой волне, 40, 50 и 60 км/час появились на улицах городов ФРГ в 1970е годы. Тогда же зеленая волна была введена и в ГДР. – Ред.)

Точное отслеживание местоположения и перемещения транспортных средств в режиме реального времени – вот что, в общем и целом, делает это возможным. В Великобритании система датчиков, скрытых под полотном дороги, позволяет диспетчерам пунктов управления дорожным движением следить за тем, насколько загружена автострада в данный момент. Эта система называется Midas или Motorway Incident Detection and Automatic Signalling – "отслеживание происшествий на автостраде и автоматическая сигнализация". При увеличении интенсивности транспортного потока трафик замедляется путем попеременного включения знаков ограничения скорости. Это позволяет автомобилям сокращать дистанцию и полностью занимать всю ширину автострады. Обычно это делается "выше по течению", чтобы избежать крайних случаев скученности, когда пробка уже начинает формироваться. Со стороны кажется, что поток движется плавно, а на самом деле его мягко заставили снизить скорость, чтобы предотвратить образование пробки далее по пути следования.

В больших и малых городах применяется автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД), именуемая Scoot, которая адаптирует смену сигналов светофора к определенным транспортным средствам, например автобусам и другим видам транспорта, которые должны соблюдать расписание, двигаясь по особенно загруженным маршрутам. Scoot - это аббревиатура от английского названия системы Split Level Offset Optimisation Technique или "оптимизации движения с помощью разбивки фаз смещения". (Система реагирует на флуктуацию (колебания) транспортной обстановки путем внесения малых регулярных изменений в сигнальные планы светофоров – Ред.)

Ник Хаунселл из Университета Саутгемптона в Англии, эксперт в области исследований транспорта, говорит, что динамика изменений в движении трафика - невероятно тонкая материя, поэтому такие псевдоразумные системы управления весьма полезны. Хаунселл приводит в качестве примера такое проявление "эффекта бабочки", при котором внезапное замедление движения потока из-за того, что один из водителей вдруг резко затормозил, может вырасти в полномасштабную пробку или даже обернуться аварией для машин, движущихся сзади.

"Как только образуется ударная волна, трафик остановится, - говорит он. – Ударная волна перемещается, и вероятность столкновений "капот в багажник" повышается". Одна из классических причин возникновения ударных волн срабатывает тогда, когда водители замедляют движение, чтобы поглазеть на аварию, произошедшую на одной из соседних полос. У этой проблемы есть, впрочем, довольно простое решение. Британский департамент транспорта решил попросту скрывать аварии от глаз других водителей с помощью экранов - легких сборных изгородей, которые полиция быстро возводит вокруг места ДТП.

В идеальном мире управление дорожным движением с использованием всех этих способов должно в первую очередь привести к снижению числа аварий и случаев гибели людей. Пол Анвин из дорожной службы Соединенного Королевства отмечает, что с того времени, когда была введена в действие умная система управления движением по автострадам, безопасность на одной из самых загруженных автомагистралей страны значительно улучшилась. "С 2006 года у нас не было ни одного смертельного случая на дороге M42", - утверждает он.

Похожие принципы применимы и для регулирования движения вне дорог. Портовое управление Лондона (ПУЛ), например, пришло к выводу, что есть смысл ограничить скорость речного транспорта, дабы суда, идущие вверх по реке, имели возможность совершать резкие повороты или швартоваться. ПУЛ отслеживает, где какое судно, будь то пассажирское или грузовое, находится и что происходит на борту. Для этого используется регистр, известный как "Автоматическая система идентификации "Темза" или Thames AIS.

Эта система исключительно полезна на таких реках, как Темза, по которой активно курсируют суда разного класса, а многочисленные изгибы ограничивают видимость для капитанов и мешают им адекватно реагировать на изменения транспортной ситуации. Обладание полнотой представления о судоходной обстановке на реке – именно то, на что, казалось бы, следует рассчитывать в наши дни, но еще совсем недавно, а именно - в 1989 году, и близко не было ничего подобного. В августе 1989 года прогулочное судно "Маркиза" столкнулось во время рейса Темзе с землечерпалкой "Боубелл", в результате чего погиб 51 человек.

"Все последовавшие расследования навсегда изменили подходы к обеспечению безопасности и судоходству по Темзе, - объясняет Кевин Грегори из ПУЛ. – Мы твердо уверены, что не допустим повторения чего-либо подобного".

Там, за облаками

Забота об обеспечении безопасности стоит за дотошным контролем движения воздушного транспорта, чему мы и являемся свидетелями ныне. Десятки тысяч самолетов ежедневно совершают взлеты и посадки по всем миру. Их безопасность – это не в последнюю очередь заслуга авиадиспетчеров. Национальная авиационная диспетчерская служба, NATS, обслуживает пять тысяч рейсов в день в одном только Соединенном Королевстве. Не так давно служба провела испытания собственной умной системы повышения технических возможностей и уровня безопасности. Новое поступление в инструментарий авиадиспетчера – разработанная в NATS программа iFACTS, которая позволяет предсказывать траекторию полета самолета и давать среднесрочный прогноз возникновения конфликтных ситуаций. Программа дает авиадиспетчеру заглянуть в будущее на ближайшие 18 минут и увидеть, где будет находиться самолет в течение всего этого времени.

"Конфликтом" по терминологии управления воздушным движением называется ситуация, когда один самолет, по прогнозу, окажется на определенном расстоянии от другого. Программа iFACTS позволяет авиадиспетчерам заблаговременно предотвратить возникновение такой ситуации и более уверенно спланировать пролет самолетов через те или иные секторы воздушного пространства. "Мы добились 20-процентного увеличения производительности работы диспетчеров благодаря внедрению программы iFACTS, поскольку нагрузка на них стала гораздо меньше", - говорит Стюарт Макбрайд, менеджер по работе с клиентами и сетевому обслуживанию в NATS. Этого удалось достичь за счет того, что теперь диспетчерам не приходится тратить время на серьезную корректировку курса самолета по мере приближения конфликта. Вместо этого они вносят небольшие уточнения, которые можно сделать заранее.

Другая компания, занимающаяся организацией воздушного движения в глобальном масштабе, Airbus ProSky, использует программу, которая высчитывает оптимальное время прилета самолетов таким образом, чтобы пассажиры не пропускали стыковки рейсов, а расход топлива снижался. Генеральный директор компании Поль-Франк Бижу говорит, что объем информации, учитываемой при этих вычислениях, поистине колоссален.

"Объем информации для всего лишь одного аэропорта сопоставим с базой данных такого банка как, например, самый крупный банк Франции Credit Agricol, - говорит он. - И мы ведем речь об обработке данных всего лишь для одного аэропорта. Представьте себе, каковы эти объемы в масштабе целой страны".

Подражаем природе?

Суть движения транспорта такова, что чем оно плотнее, тем быстрее исчерпываются возможности системы управления потоками. Но возможности могут стать более гибкими, если транспортные средства и система, которая управляет их перемещением, станут умнее и уже не будут нуждаться в постоянном контроле с нашей стороны.

В будущем способы достижения этих целей будут выглядеть совсем не так, как сегодня. Исследователи все чаще ищут вдохновение в мире животных. Муравьи, например, помогли ученым создать алгоритмы на основе биологических циклов, которые позволяют транспорту двигаться таким же образом, как перемещаются муравьи во время поисков пищи. Насекомые автоматически находят наиболее удобные маршруты, обходясь без команд из единого центра управления движением.

Такой подход позволил группе компьютерных специалистов, в которую входил Джей Джей Марсело из университета Гранады в Испании, и программистам из министерства обороны страны создать программу, которая может подсказать испанским военным направления маневра живой силой и боевой техникой на поле боя. Программа, имитирующая поведение муравьиной колонии была испытана на тренажерах.

Летучие мыши тоже могут оказаться хорошими учителями в деле организации воздушного движения. Рольф Мюллер с кафедры технологии машиностроения Виргинского технического университета изучал поведение китайских летучих мышей, чтобы лучше понять, как им удается летать плотным косяком даже в ограниченном пространстве. Он создал трехмерный скан пещеры, а установленные в ней многочисленные камеры, ведущие съемку в инфракрасном диапазоне, запечатлели движение летучих мышей. Мюллер полагает, что когда-нибудь система, действующая по такому же принципу, сможет управлять движением самолетов в загруженных секторах воздушного пространства.

"Летучие мыши не боятся задеть друг друга. Они летят очень тесной стаей, но четко выдерживают дистанцию, они знают, что делают, - говорит он. - Им не надо связываться с авиадиспетчерским центром и спрашивать, надо ли пролететь справа от этого парня или слева от него? Они принимают такие решения автоматически".

Мюллер обнаружил, что поведение летучих мышей не изменилось даже тогда, когда ученые установили в пещере неизвестные препятствия. Животные просто огибали их и продолжали полет. Что если летать на самолетах было бы столь же безопасно? Стюарт Макбрайд говорит, что возможности системы управления можно повысить, если бы самолетам во время полета не надо было бы находиться на таком большом расстоянии между собой.

Во всех средах - на дороге, на море, в небе – организованное человеком движение достигает такого уровня, когда управление им оказывается не просто насущной необходимостью, но и становится все более автоматизированным. Это означает, что путешественнику становится все труднее понять, каким образом регулируется движение транспорта вокруг него.

От ощущения того, что ты просто винтик в огромной машине, управляемой дистанционно, кто-то может почувствовать себя беспомощным. На самом деле это лишь служит доказательством изощренности системы, управляющей движением транспорта во всем мире.

Просто понятие "водитель" претерпело определенное расщепление. Теперь это частью человек, частью - машина, а частью - дорога и компьютер.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.