Это небольшое исследование родилось из-за неспособности автора сколь-нибудь долго удерживаться на гребне зеленой волны в Челябинске. В общем, я сел на велосипед, вооружился секундомером и проехался по центру города + Северо-Западу с целью почувствовать пульс автомобильного потока, который задается светофорами. Изложенное ниже — лишь первые наблюдения, которые впоследствии я попытаюсь дополнить комментариями специалистов.
Начну с самого простого: как светофор регулирует поток. В качестве примера удобно пересечение улицы Красной с проспектом Ленина, потому что здесь светофор работает в двух фазах: либо в обоих направлениях едет Красная, либо проспект Ленина.
Цикл светофора в этом месте составляет 100 секунд, из которых 23 секунды зеленый свет горит улице Красной, а еще 65 секунд — проспекту Ленина.
Интуитивно понятно, что соотношение длительности зеленого в обоих направлениях примерно соответствует их важности и нагруженности. В данном случае, явный приоритет отдан проспекту.
Зоркое око, вооруженное калькулятором, заметит, что 65 и 23 секунды в сумме дают лишь 88 секунд. Куда деваются оставшиеся 12, ведь весь цикл занимает 100 секунд? В течение этих 12 секунд запрещающий сигнал горит всем направлениям: 3,5 секунды — после зеленого со стороны Красной, и 8,5 секунд — после зеленого со стороны пр. Ленина. Эта тотально запрещающая фаза необходима, чтобы с перекрестка уехали хвосты потока, особенно из тех, кто поворачивает налево. Поскольку со стороны «Школьника» поворот с Красной налево запрещен, а сама улица менее трафиковая, приоритет опять отдан проспекту Ленина.
Для сравнения, на соседнем перекрестке Ленина-Васенко фаза запрета в обоих направлениях в два раза короче — 6 секунд (по 3 секунды на каждую смену зеленого). Оно и понятно: число поворачивающих налево на этом перекрестке в разы меньше.
Кстати, зеленый мигает в течение 3 секунд, а это означает, что при скорости 60 км/час у водителя остается 50 метров, чтобы остановиться до включения желтого. Для справки, большинство современных машин на сухом асфальте за 50 м остановятся даже со 100 км/час, так что большая часть жалоб о «внезапном» включении желтого попросту несостоятельны.
Но это — простейшие формы светофоров. Ситуация усложняется, когда речь о пересечениях двух нагруженных улиц или если львиная доля потока на перекрестке поворачивает. В этом случае используются более сложные алгоритмы и дополнительные секции (стрелки).
Например, на перекрестке проспекта Ленина и улицы Свободы полный цикл занимает те же 100 секунд, которые дробятся на несколько более коротких фаз. Так, 12 секунд разрешен проезд во всех направлениях со стороны ул. Коммуны, столько же — движение прямо и налево со стороны вокзала. По проспекту 36 секунд можно ехать прямо и налево в сторону ЧТЗ и 28 секунд — с обратной стороны. Во всех случаях встречный поток тормозится, что максимально облегчает поворот налево, но делает фазы достаточно короткими. При этом по стрелке направо со стороны площади Революции и со стороны вокзала можно двигаться 51 и 58 секунд соответственно, уступая дорогу всем, кто в этот же момент выезжает с остальных направлений.
На перекрестках, вроде Коммуны и Энгельса, где идет насыщенный поток от ЮУрГУ в сторону Северо-Запада, для поворота налево есть персональная стрелка, горящая отдельно от основного зеленого.
Пока все достаточно просто: фазы светофора и направление движение по полосам приводятся в соответствие с интенсивностью потока. А теперь начинается самое интересное. Мы понимаем, что определить фазы «на глазок» можно для обособленного перекрестка где-нибудь в чистом поле: посчитал поток машин в полосе с каждого направления и выбрал фазы в пропорции (плюс-минус).
Но в городе перекрестки соседствуют на расстоянии прямой видимости и, совершенно очевидно, влияют друг на друга. Работа каждого светофора должна соотноситься с работой его соседей, и все они в идеале должны дирижироваться таким образом, чтобы обеспечивать максимальную безопасность, пропускную способность и минимальное время простоя на всей подконтрольной территории.
На участке ул. Красной от пр. Ленина к Торговому центру зеленой волны нет и быть не может - светофоры работают без синхронности. Попасть в зеленую волну здесь можно случайно.
Самый наглядный пример такой согласованности — это как раз зеленая волна. Вы стартуете с первого светофора и ко второму подъезжаете в момент, когда на нем загорается (или уже горит) зеленый свет, не теряя времени.
Простой расчет: пусть между светофорами 300 метров, пусть средняя скорость потока на этом участке 42 км/час, тогда зеленый свет на втором светофоре может зажечься на 26 секунд позднее, чем на первом (это время называется смещением). На деле, конечно, бывают и более сложные алгоритмы, например, второй светофор может включить зеленый чуть раньше «времени Х», чтобы стравить поток, который накопился на нем во время включения красного. Кроме того, фазы подбираются так, чтобы на зеленый успевали проскакивать не только те, кто стартанул с предыдущего перекрестка на ранний зеленый, но и те, кто проехал его ходом.
Впрочем, дело не только в зеленой волне — по большому счету, такая организация движения возможна на дорогах, имеющих существенный «перевес» над пересекаемыми проезжими частями, интересами которых можно отчасти пренебречь. Если речь о сетке одинаково нагруженных дорог, то организация зеленой волны на какой-то из них может и не быть самоцелью: выгоднее обеспечить максимальную пропускную способность всей сети, а не единственного направления.
В любом случае, чтобы светофоры работали согласованно, они должны иметь одинаковое время цикла. Это очень важный момент. Полная смена фаз должна происходить за одно и то же время, в крайних случаях — за время, кратное базовому.
Например, все измеренные мной светофоры на проспекте Ленина имеют цикл 100 секунд. Это время — 100 секунд или 1:40 — вообще является для Челябинска основным и встречается на многих нагруженных перекрестках. За 100 секунд светофорный объект зажигает все возможные комбинации сигналов и затем начинает цикл сызнова.
Небольшой оффтоп: некоторые упрутся рогами, но успеют на мигающий зеленый и даже желтый, потому что это — экономия времени. Так вот, с учетом того, что фаза зеленого обычно составляет 30 и более секунд, время ожидания для тех, кто не успел, едва превышает 1 минуту. И это не считая того факта, что в Челябинске проскок на зеленый не вознаграждается, о чем будет ниже.
Встретилось мне, правда, пара «удвоенных светофоров», цикл которых равен 200 секундам, например, на пересечении Лесопарковой и Худякова. Когда пешеход ждет здесь зеленого, кажется, что проходит вечность, а на деле — лишь три минуты.
Ну так вот, чтобы светофорами можно было управлять по науке, они должны работать с одним временем цикла (или кратным). Но в Челябинске я обнаружил совершенно неожиданную для себя картину: очень многие светофоры даже на ключевых направлениях работают вразнобой! Ниже приведена карта, где показаны циклы отдельных светофоров Челябинска, измеренные мной в процессе изучения вопроса.
Кликните для увеличения. Циклы светофоров указаны в секундах
Особенно меня заинтересовал участок Свердловского проспекта. Смотрите, на пересечении с Курчатова цикл светофора — 84 секунды, на Воровского — 94 секунды, далее — 84 секунды, потом 89 секунд и лишь начиная с проспекта Ленина цикл приходит к 100 секундам и сохраняется для последующих пересечений.
Объясню на пальцах. Например, мы хотим организовать зеленую волну. Возьмем два соседних перекрестка Свердловского проспекта, где циклы составляют 84 и 89 секунд. Допустим, в какой-то момент зеленая волна возникла - здорово. Но во время следующего цикла один из светофоров отстанет на 5 секунд. Потом еще на пять. И так далее, пока светофоры не начнут работать в противофазе относительно зеленой волны. Несложно посчитать, что запланированная нами зеленая волна в следующий раз воспроизведется через два с лишним часа! Строго говоря, такие светофоры работают почти независимо друг от друга, и соотношение их фаз зависит от момента, в который мы к ним подъезжаем. Сейчас вы поймаете зеленую волну, а через полчаса уже нет.
Хуже другое: «асинхронные» светофоры в принципе не могут работать в полной гармонии друг с другом. Это не значит, что они бесполезны: нет, при умеренной интенсивности потоков всегда можно подобрать длительность зеленого во всех направлениях такой, чтобы не возникало больших пробок. Но когда ситуация приближается к критической, согласованность светофоров приобретает большее значение. Грубо говоря, если они работают вразнобой, будут возникать «неудачные» стечения фаз, когда на одном из перекрестков возникнет неоправданно длинный хвост, блокирующий поперечные направления. Что мы часто видим на Свердловском проспекте.
Есть и другие примеры, скажем, на улице Свободы пересечение с пр. Ленина имеет цикл 100 секунд, а следующее с Коммуной — 65 секунд. На Молодогвардейцев два крупных перекрестка с Кашириных и Победы имеют циклы по 100 секунд, а два пешеходных светофора между ними — по 84 секунды.
На самом деле, время цикла — параметр интересный, например, чем оно больше — тем в целом больше пропускная способность перекрестка (меньше «разрывов» потока) и ниже аварийность (меньше смен фаз, когда и происходит большинство аварий). Но длинный цикл увеличивает время ожидания на пустых улицах, поэтому обычно чем активнее жизнь перекрестка — тем больше оптимальное время цикла. Но чтобы светофоры работали согласованно, приходится выбирать некое компромиссное значение. В Челябинске же этого не сделано, и реализован принцип «меньше перекресток — меньше время цикла».
Бросается в глаза изобилие мест, где светофоры словно специально настроены так, чтобы автомобильный поток не ехал, а икал. Взять тот же Свердловский проспект на отрезке от ул. Коммуны до пр. Ленина (со стороны Дворца спорта). Цикл светофорных объектов на этих перекрестках совпадает — по 100 секунд. Но зеленый на Ленина загорается почти на 1 минуту позже, чем на ул. Коммуны, тогда как машины преодолевают разделяющие их 280 метров примерно за 25 секунд — это если без спешки. Чтобы попасть в такую «зеленую волну» нужно тащиться со скоростью 18 км/час, а в реальности поток попросту упирается в красный свет, уплотняется, рассеивает накопленные мегаджоули кинетической энергии в тепло, снова разгоняется...
В этом месте я не хочу быть слишком веским, потому что настройка светофоров — вопрос не праздный (и не для дилетантов). Собственно, нельзя судить об их эффективности на основе одного светофорного объекта или даже одного участка, потому что город пульсирует, как единый организм. Иногда, например, «неудачная» фаза на одном светофоре позволяет избавить от пробок следующие за ним перекрестки либо же дает возможность кому-то выехать со второстепенок.
Представьте зеленую волну, которая реализуется на шести перекрестках. И представьте, что после них следует совершенно «затычное» пересечение, на которое нашей зеленой волной намывает колоссальный затор. Нет смысла делать один отрезок с высокой пропускной способностью, если образовавшейся лавине транспорта некуда деться в дальнейшем.
Если вернуться к Челябинску, то наши светофоры судя по всему настраиваются в ручном режиме методом проб и ошибок, что часто заметно по возникновению заторов в местах реорганизации движения и их последующему «купированию» через несколько месяцев наблюдений. Скажем, всю зиму большой хвост возникал на пересечение Кашириных и Молодогвардейцев со стороны Университетской набережной и далее по Молодых, но постепенно ситуация выровнялась.
Тем не менее, бросается в глаза рваность челябинского потока. Зеленых волн я почти не встречал, где-то — из-за описанной рассогласованности светофоров, где-то с умыслом. Наш город вообще наказывает «летчиков», которые норовят проскочить на зеленый, потом что уехать дальше чем на 1-2 перекрестка от не успевших почти невозможно: где-то все равно упрешься в красный. Но диарейщики этого не понимают и продолжают интенсивно работать локтями.
А как должно быть в идеале? Ну, во-первых, путем тщательного подбора можно настроить светофоры в городе по принципу максимальной пропускной способности улиц в целом. Правда, даже с развитием компьютеров задача остается сложной: скажем, задать одни лишь исходные данные для расчета — дело очень трудоемкое, ведь вам нужно знать интенсивности потока на всех улицах в разное время суток и дни недели.
Чтобы уйти от громоздких расчетов и метода проб и ошибок, придуманы адаптивные алгоритмы управления светофорами, которые реагируют на актуальную ситуацию в городе. Я не буду лезть в дебри, потому что принципы работы адаптивных систем сложны и требуют больших познаний в математике, но приведу пример. Скажем, разработанный еще 30 лет назад алгоритм SCOOT имеет в своей основе некий базовый план управления светофорами, на который наслаиваются корректировки в зависимости от реальной ситуации на улицах. Эту ситуацию система учитывает благодаря датчикам и видеокамерам, измеряя длину хвостов и загруженность определенных участков. Естественно, светофоры должны работать с одним временем цикла, иначе надежного согласования не получится.
В первом приближении система стремится исключить «холостой зеленый», который горит в направлении с низкой интенсивностью потока в ущерб более нагруженным. На самом деле, конечно, все несколько сложнее, и основная задача компьютера — изменить фазы всех светофоров так, чтобы в данный момент времени они обеспечили максимальную пропускную способность и минимальное время простоя. Например, пусть в Челябинске проспект Ленина — важная артерия, но если он слишком препятствует движению улицы Красной, возникает затор на пересечении последней с Соней Кривой, который распространяется во всех направлениях. Иногда с точки зрения общей победы нужно поступиться интересами отдельных направлений, в том числе стратегических.
А почему бы, например, не организовать зеленую волну на Блюхера и Свердловском проспекте/тракте — одном из самых затычных направлений города? Вот здесь интеллектуальные светофоры могли бы гибко играть фазами, чтобы волна не разрушила поток на поперечных улицах. Опять же, для этого нужны светофоры, работающие в такт, а не как бог на душу положил.
В Челябинске одно время заявляли о создании системы «умный город», но, как я понимаю, до практической реализации дело не дошло (хотя этот момент нужно уточнить). Наш город наслаждается преимуществом широких дорог и к настройке светофоров не слишком чувствителен: даже нынешняя весьма архаичная система вполне работоспособна при текущем трафике. Но как только загрузка отдельных направлений приблизится к критической, негибкая работа светофоров будет вызывать временный коллапс отдельных районов, а потом и всего мегаполиса, поэтому адаптивное управление светофорами, видимо, неизбежно.
|
