Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Использование принципов работы системы GPS и WiFi микрочипов информационной системы WayNet в решении дорожных пробок
Введение
Не будет преувеличением сказать, что толчок к развитию навигации с использованием космических аппаратов дал запуск в СССР первого искусственного спутника Земли (ИСЗ). Это событие произошло в 1957 году. Не секрет, что в любом подобном действии американцы видели угрозу для своей страны. Была поставлена задача следить за советским ИСЗ. Сигнал со спутника принимали на наземном пункте с известными координатами. Появился интерес к обратной задаче: расчет координат приемника на основе принятых со спутника сигналов.
В 1964 году директор лаборатории прикладной физики университета Джона Гопкинса профессор Кершнер создал спутниковую радионавигационную систему первого поколения Transit. Как правило, изобретения подобного рода создаются для военных целей. Не стала исключением и Transit. Ее целью было обеспечение навигации баллистических ракет Поларис, запускаемых с подводных лодок. Но данная система могла обеспечить точное определение координат лишь для стационарных или медленно движущихся объектов. Благодаря изобретенным в 60-х годах высокоточным атомным часам появилась возможность использовать для навигации несколько синхронизированных передатчиков, пересылающих закодированные сигналы. Чтобы рассчитать координаты приемника, необходимо было лишь измерить соответствующие временные задержки сигналов. ВМС США успешно продолжали работать над реализацией этого принципа и осуществили запуск нескольких спутников. В то время ВВС США разрабатывали идею использования для целей навигации широкополосных модулированных псевдослучайными шумовыми кодами (PRN - Pseudo Random Number code) сигналов с использованием одной несущей частоты. А в 1973 году ВМС и ВВС США объединились в общую Навигационную технологическую программу. Как следствие, появилась программа Navstar GPS.
Свой «ответ Чемберлену» — американской GPS — пытаются разработать в Европе, России и Китае.
Европейская Galileo - будет состоять из 30 спутников. Ожидается, что «Галилео» войдёт в строй в 2013 году. В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система Галилео не контролируется ни государственными, ни военными учреждениями.
Расчётная орбита высотой более 23000 км с наклонением 56°.
ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАциональная Спутниковая Система) – 27 спутников. Спутники находятся в трёх плоскостях на высоте примерно 19 100 км. В ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 от 1246,43 до 1256,53.
Свою независимую спутниковую навигационную систему с 1993 года развертывает и Китай. Проект Beidou (тамошнее название Большого Ковша — созвездия Большой Медведицы) стартовал 30 октября 2000 года. В Пекине планируют, что система начнет работать уже к 2012 году. На полную мощность "Бэйдоу" выйдет к 2020 году.
IRNSS (англ. Indian Regional Navigation Satellite System) - Индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в этой стране. Общее количество спутников системы IRNSS: 7. Проектная дата завершения работ: 2011 год.
О спутниках
Первый спутник для работы GPS был запущен в феврале 1978 года. Сегодня система включает в себя 31 спутник. Для покрытия земного шара необходимо только 24 спутника, остальные выступают в качестве запасных. Спутники распределены по шести орбитам на высоте около 20 000 км (по четыре спутника на каждой орбите) и имеют наклон 55° по отношению к экватору. Они движутся со скоростью около 3 км/с (два оборота вокруг Земли менее чем за сутки). Такая конфигурация системы позволяет принимать сигнал сразу от нескольких спутников практически в любом месте Земли (за исключением некоторых приполярных областей). Вес каждого спутника около тонны, а размер с раскрытыми солнечными батареями - около 5 м. Мощность передатчика порядка 50 Вт. Каждый спутник рассчитан на работу в течение десяти лет. Новые спутники запускаются на орбиту по мере необходимости, например в случае выхода из строя или необходимости провести профилактические работы.
Как это работает
Прежде чем мы приступим к описанию принципов работы GPS, придется ознакомиться с некоторыми терминами и даже вспомнить формулы из школьного курса физики.
Задача трилатерации
Итак, задачей трилатерации (триангуляции) является вычисление координат объекта путем измерения его удаленности от точек с заданными координатами. В нашем случае объектом является GPS-приемник, а точками с заданными координатами - три спутника системы GPS. Впрочем, обо всем по порядку.
Каким образом становятся известны координаты спутников? Министерство Обороны США имеет четыре станции слежения, три станции связи и центр управления для контроля орбит и координат спутников. Станции слежения непрерывно отслеживают спутники и передают данные в центр управления. В центре управления вычисляются уточненные элементы орбит и коэффициенты поправок спутниковых часов. Эти данные составляют так называемый альманах, который передается по каналам станций связи на спутники.
Перейдем непосредственно к задаче определения координат. Предположим, что расстояние А до одного спутника известно. Тогда мы можем описать вокруг него сферу заданного радиуса. Но координаты объекта (GPS-приемника) определить невозможно, так как известно лишь то, что он находится где-то на поверхности описанной сферы. Если известно расстояние В и до второго спутника, то объект находится на окружности, образованной пересечением двух сфер. Третий спутник позволяет определить две точки на окружности.
Теперь нам остается выбрать правильную точку. Одна точка может быть отброшена, так как находится внутри Земли или высоко над ней. Таким образом, получив данные от трех спутников, можно узнать координаты объекта. Также окончательную точку можно выбрать, сверив с данными от четвертого спутника. Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. Приведенные рассуждения актуальны для случая, когда расстояния до спутников известны с абсолютной точностью. Как же определяются эти расстояния и что является источником вносимой погрешности?
Задачей дальнометрии является определение расстояние до объекта по временной задержке распространения радиосигнала от него. Используется всем известная со школьной скамьи формула х =V * t (расстояние равно скорости, умноженной на время). Каждый спутник передает радиосигналы с заданной частотой. Для гражданских целей используется частота F1 = 1575.42 MHz. Для военных целей - частота F2 = 1227.60 MHz. Передаваемый сигнал модулируется псевдослучайным кодом (PRN). Существует грубый код - С/А-код (Coarse Acquisition code), используемый в гражданских приемниках, и точный P-код (Precision code), используемый в военных целях и иногда для нужд геодезии и картографии. На спутнике и в приемнике одновременно генерируется одинаковый PRN. Получив сигнал, GPS-приемник определяет временную задержку и, умножая эту цифру на скорость света (скорость распространения радиоволн), вычисляет расстояние до спутника.
Чтобы расстояние было вычислено точно, необходима идеальная синхронизация часов на спутнике и в приемнике, что достигается за счет применения атомных часов, находящихся на борту спутника. Естественно, что устанавливать такие часы в каждый GPS-приемник невозможно. Поэтому для получения точных координат применяют некоторую избыточность в данных. Например, для определения координат используют данные от четырех или более спутников. Получив сигналы от нескольких спутников, приемник ищет точку пересечения соответствующих окружностей и, если такую точку не находит, то компьютер в приемнике начинает корректировать время методом последовательных итераций до тех пор, пока не сведет все измерения к одной точке. Таким образом, чем больше спутников, тем точнее измерение. Стандартные гражданские GPS-приемники могут принимать сигналы от двенадцати спутников одновременно. При этом спутники выведены на орбиту таким образом, чтобы по крайней мере четыре из них приемник "видел".
Какие же сигналы передает спутник? Его сигнал содержит “псевдослучайный код” (PRN — pseudo-random code), эфимерис (ephimeris) и альманах (almanach).
Псевдослучайный код служит для идентификации передающего спутника. Все они пронумерованы от 1 до 32 и этот номер, если это предусмотрено программой, показывается на экране GPS приёмника во время его работы. Дополнительные номера предназначены для резервных спутников, которые так же находятся на орбите и в любой момент могут заменить вышедший из строя спутник.
Данные эфимериса, постоянно передаваемые каждым спутником, содержат такую важную информацию, как состояние спутника ( рабочее или нерабочее), текущая дата и время. Каждый GPS спутник передаёт только данные своего собственного эфимериса. Эти данные действительны только 30 минут. Спутники передают свой эфимерис каждые 30 секунд.
Данные альманаха передаются каждые 12.5 минут и говорят о том, где в течение дня должны находиться все GPS спутники. Каждый из них передаёт альманах, содержащий параметры своей орбиты, а также параметры всех других спутников системы. Последний полученный альманах сохраняется в памяти даже при выключенном питании, однако некоторые карманные модели приёмников теряют эти данные, если вынуть из них батарейки на достаточно продолжительное время. Однажды запомненный альманах используется программой приёмника для различных целей. Данные альманаха не отличаются большой точностью и действительны несколько месяцев.
Ваш GPS приёмник получает сигнал спутника, запоминает эфимерис и альманах для дальнейшего использования. Эта же информация используется для установки или коррекции часов приёмника. Если GPS был отключён более 30 минут, а потом включён, он начинает искать спутники, основываясь на известном ему альманахе. По нему GPS выбирает спутники для инициации поиска. Когда GPS приёмник фиксирует спутник, он показывает на экране "пустой" столбик силы сигнала. В этот момент ещё идёт процесс сбора данных эфимериса. Когда эфимерис каждого спутника принят, соответствующий ему столбик силы сигнала закрашивается чёрным цветом и данные, принятые от спутника считаются подходящими для навигации. Если питание приёмника отключить, а потом снова включить в течении 30 минут, он "поймает" спутники очень быстро, т.к. не надо будет снова собирать данные эфимериса. Это называется "горячий" старт.
Если после отключения прошло более 30 минут, будет произведён "тёплый" старт и GPS приёмник снова начнёт собирать данные эфимериса. Если GPS приёмник был перевезён (в выключенном состоянии) на несколько сотен километров или внутренние часы стали показывать неточное время, то данные имеющегося альманаха являются неверными. В таком случае навигатору требуется выполнить новый "поиск неба" (переинициализация) для загрузки нового альманаха и эфимериса. Это уже будет "холодный" старт.
Иногда бывает такая ситуация, что GPS приёмник долго не может "поймать" спутники. При этом на экране "Спутники" отображается пустое небо без номеров спутников. Оживить GPS поможет программка GPS Utility. Кроме неё, Вам потребуется рабочий GPS приёмник. С помощью программы Вы можете выкачать альманах из рабочего приёмника в ПК, а потом, подключив "мёртвый" GPS, закачать в него.
К началу 70-х годов оказалось, что стоявшая в то время на вооружении армии США спутниковая навигационная система TRANSIT имела существенные недостатки:
С целью преодоления этих недостатков было принято решение начать работы над созданием спутниковой навигационной системы нового поколения. Первоначально она называлась NAVSTAR (NAVigation Satellite providing Time And Range), т.е. “навигационная спутниковая система, обеспечивающая измерение времени и местоположения” (сейчас можно встретить двойное название: GPS-NAVSTAR). Основным назначением NAVSTAR была высокоточная навигация военных объектов. Непосредственная реализация программы началась в середине 1977 г. с запуском первого спутника. С 1983 г. система открыта для использования в гражданских целях, а с 1991 г. сняты ограничения на продажу GPS-оборудования в страны бывшего СССР.
В 1993 г. система была полностью развернута. Затраты на ее реализацию превысили 15 млрд. USD. В России действует аналогичная система спутниковой навигации ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система), принцип работы которой во многом подобен GPS.
Первоначально предполагалось использовать систему GPS только в навигационных целях, но исследования, проведенные учеными Массачусетского технологического института в 1976 - 1978 г.г., показали возможность геодезического применения GPS, т.е. определения координат с миллиметровой точностью. С того времени началось использование системы для выполнения геодезических измерений. Мы остановимся, в основном, на этом аспекте использования системы, хотя на практике она находит применение для решения значительно более широкого круга задач.
1.Общий принцип работы GPS
В околоземном пространстве развернута сеть искусственных спутников Земли (ИСЗ), равномерно “покрывающих” всю земную поверхность). Орбиты ИСЗ вычисляются с очень высокой точностью, поэтому в любой момент времени известны координаты каждого спутника. Радиопередатчики спутников непрерывно излучают сигналы в направлении Земли. Эти сигналы принимаются GPS-приемником, находящемся в некоторой точке земной поверхности, координаты которой нужно определить.
Рис. GPS спутник
В приемнике измеряется время распространения сигнала от ИСЗ и вычисляется дальность “спутник-приемник” (радиосигнал, как известно, распространяется со скоростью света). Поскольку для определения местоположения точки нужно знать три координаты (плоские координаты X, Y и высоту H), то в приемнике должны быть измерены расстояния до трех различных ИСЗ (Рис.2). Очевидно, при таком методе радионавигации (он называется беззапросным) точное определение времени распространения сигнала возможно лишь при наличии синхронизации временных шкал спутника и приемника.
Поэтому в состав аппаратуры ИСЗ и приемника входят эталонные часы (стандарты частоты), причем точность спутникового эталона времени исключительно высока (долговременная относительная стабильность частоты обеспечивается на уровне 10-13 - 10-15 за сутки). Бортовые часы всех ИСЗ синхронизированы и привязаны к так называемому “системному времени”. Эталон времени GPS- приемника менее точен, чтобы чрезмерно не повышать его стоимость. Этот эталон должен обеспечивать только кратковременную стабильность частоты - в течение процедуры измерений.
На практике в измерениях времени всегда присутствует ошибка, обусловленная несовпадением шкал времени ИСЗ и приемника. По этой причине в приемнике вычисляется искаженное значение дальности до спутника или “псевдодальность”. Измерения расстояний до всех ИСЗ, с которыми в данный момент работает приемник, происходит одновременно. Следовательно, для всех измерений величину временного несоответствия можно считать постоянной. С математической точки зрения это эквивалентно тому, что неизвестными являются не только координаты X,Y и H, но и поправка часов приемника D t. Для их определения необходимо выполнить измерения псевдодальностей не до трех, а до четырех спутников. В результате обработки этих измерений в приемнике вычисляются координаты (X,Y и H) и точное время. Если приемник установлен на движущемся объекте и наряду с псевдодальностями измеряет доплеровские сдвиги частот радиосигналов, то может быть вычислена и скорость объекта. Таким образом, для выполнения необходимых навигационных определений надо обеспечить постоянную видимость с нее, как минимум, четырех спутников. После полного развертывания созвездия ИСЗ в любой точке Земли могут быть видны от 5 до 12 спутников в произвольный момент времени. Современные GPS-приемники имеют от 5 до 12 каналов, т.е. могут одновременно принимать сигналы от такого количества ИСЗ. Избыточные измерения (сверх четырех) позволяют повысить точность определения координат и обеспечить непрерывность решения навигационной задачи.
В состав системы входят:
Космический сегмент
Состоит из 26 спутников (21 основной и 5 запасных), которые обращаются на 6 орбитах. Плоскости орбит наклонены на угол около 55° к плоскости экватора и сдвинуты между собой на 60° по долготе. Радиусы орбит - около 26 тыс. км, а период обращения - половина звездных суток (примерно 11 ч. 58 мин.). На борту каждого спутника имеется 4 стандарта частоты (два цезиевых и два рубидиевых - для целей резервирования), солнечные батареи, двигатели корректировки орбит, приемо-передающая аппаратура, компьютер.
Передающая аппаратура спутника излучает синусоидальные сигналы на двух несущих частотах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. Перед этим сигналы модулируются так называемыми псевдослучайными цифровыми последовательностями (точнее, эта процедура называется фазовой манипуляцией). Причем частота L1 модулируется двумя видами кодов: C/A-кодом (код свободного доступа) и P-кодом (код санкционированного доступа), а частота L2- только P-кодом. Кроме того, обе несущие частоты дополнительно кодируются навигационным сообщением, в котором содержатся данные об орбитах ИСЗ, информация о параметрах атмосферы, поправки системного времени.
Кодирование излучаемого спутником радиосигнала преследует несколько целей:
Рис. Кодирование радиосигнала
Код свободного доступа C/A (Coarse Acquisition) имеет частоту следования импульсов (иначе называемых “чипами”) 1,023 МГц и период повторения 0,001 сек., поэтому его декодирование в приемнике осуществляется достаточно просто. Однако точность автономных измерений расстояний с его помощью невысока.
Защищенный код P (Protected) характеризуется частотой следования импульсов 10,23 МГц и периодом повторения 7 суток. Кроме того, раз в неделю происходит смена этого кода на всех спутниках. Поэтому до недавнего времени измерения по P-коду могли выполнять только пользователи, получившие разрешение Министерства обороны США. Однако и это “тайное” стало “явным” в результате утечки секретной информации, после чего к P-коду получил доступ широкий круг специалистов. Американское оборонное ведомство предприняло меры дополнительной защиты P-кода: в любой момент без предупреждения может быть включен режим AS (Anti Spoofing). При этом выполняется дополнительное кодирование P-кода, и он превращается в Y-код. Расшифровка Y-кода возможна только аппаратно, с использованием специальной микросхемы (криптографического ключа), которая устанавливается в GPS- приемнике.
Кроме того, для снижения точности определения координат несанкционированными пользователями предусмотрен так называемый “режим выборочного доступа” SA (Selective Availability). При включении этого режима в навигационное сообщение намеренно вводится ложная информация о поправках к системному времени и орбитах ИСЗ, что приводит к снижению точности навигационных определений примерно в 3 раза.
Поскольку P- код передается на двух частотах (L1 и L2), а C/A-код - на одной (L1), в GPS-приемниках, работающих по P-коду, частично компенсируется ошибка задержки сигнала в ионосфере, которая зависит от частоты сигнала. Точность автономного определения расстояния по P- коду примерно на порядок выше, чем по C/A-коду.
Сегмент управления
Содержит главную станцию управления (авиабаза Фалькон в шт. Колорадо), пять станций слежения, расположенных на американских военных базах на Гавайских островах, островах Вознесения, Диего - Гарсия, Кваджелейн и Колорадо- Спрингс и три станции закладки:острова Вознесения, Диего - Гарсия, Кваджелейн (Рис. 5). Кроме того, имеется сеть государственных и частных станций слежения за ИСЗ, которые выполняют наблюдения для уточнения параметров атмосферы и траекторий движения спутников.
Рис. Наземные станции слежения за спутниками
Собираемая информация обрабатывается в суперкомпьютерах и периодически передается на спутники для корректировки орбит и обновления навигационного сообщения.
Аппаратура потребителей
В аппаратуре потребителя (GPS-приемнике) принимаемый сигнал декодируется, т.е. из него выделяются кодовые последовательности C/A либо C/A и P, а также служебная информация. Полученный код сравнивается с аналогичным кодом, который генерирует сам GPS-приемник, что позволяет определить задержку распространения сигнала от спутника и таким образом вычислить псевдодальность. После захвата сигнала спутника аппаратура приемника переводится в режим слежения, т.е. в БПС поддерживается синхронизм между принимаемым и опорным сигналами. Процедура синхронизации может выполняться:
Используемый в GPS-приемнике способ синхронизации сигналов является едва ли не важнейшей его характеристикой.
Способы наблюдений
Сложная структура сигнала, передаваемого от ИСЗ к приемнику, обусловила многообразие способов его обработки и наблюдений.
Кодовые наблюдения реализуются в самых простых по конструкции GPS-приемниках. Из принятого со спутника сигнала частоты L1 выделяется C/A-код (тогда приемник называется одночастотным) или из частотных сигналов L1 и L2 выделяется P-код (двухчастотный приемник). Производится сравнение соответствующего кода с эталонным кодом, который генерирует сам приемник. Точность определения координат при этом составляет:
Значения точностей приведены для неблагоприятного режима измерений, когда включен режим “ограниченного доступа” SA.
Фазовые наблюдения выполняются для повышения точности измерений. В этом случае при сравнении принятого со спутника сигнала и его эталона, генерируемого в приемнике, учитывается не только код, но и фаза несущей частоты (L1 или L2). Поскольку период несущей частоты в сотни (для P-кода) и тысячи (для C/A-кода) раз меньше периодов кодовых последовательностей, точность процедуры сравнения значительно повышается, а, следовательно, возрастает точность измерения координат. Однако в этом случае возникает проблема целочисленной фазовой неоднозначности, поскольку отсутствует информация о количестве целых периодов информационного сигнала, укладывающихся на пути ИСЗ - приемник. Непосредственно можно измерить только дробную часть фазовой задержки сигнала (в пределах одного периода). Для решения этой проблемы используют несколько способов:
|
Рис.1. Благодоря этим спутникам функционирует GPS |
Рис.2. Упрощенная схема функционирования GPS |
|
Рис.3. Прием сигналов от одного спутника |
Рис.4. Сигнал от второго спутника позволяет уточнить положение объекта |
|
Рис.5. Третий спутник ограничивает выбор двумя точками |
|
Рис.6. Разброс в определении координат при включенном S/A |
Рис.7. Уменьшение разброса координат после отключения S/A |
|
Рис.8. Примеры блокировки и переотражения сигналов |
Источники ошибок
На точность определения координат существенное влияние оказывают ошибки, возникающие при выполнении процедуры измерений. Природа этих ошибок различна.
Дифференциальный режим GPS
Наиболее эффективным средством исключения ошибок является дифференциальный способ наблюдений - DGPS (Differential GPS). Его суть состоит в выполнении измерений двумя приемниками: один устанавливается в определяемой точке, а другой - в точке с известными координатами - базовой (контрольной) станции.
Поскольку расстояние от ИСЗ до приемников значительно больше расстояния между самими приемниками, то считают, что условия приема сигналов обоими приемниками практически одинаковы. А, следовательно, величины ошибок также будут близки. В режиме DGPS измеряют не абсолютные координаты первого приемника, а его положение относительно базового (вектор базы). Использование дифференциального режима позволяет практически полностью исключить влияние режима SA и довести точность кодовых измерений до десятков сантиметров, а фазовых - до единиц миллиметров. Наилучшие показатели имеют фазовые двухчастотные приемники. Они отличаются от фазовых одночастотных более высокой точностью, более широким диапазоном измеряемых векторов баз и большей скоростью и устойчивостью измерений. Однако современные технологические достижения позволяют одночастотным фазовым приемникам по характеристикам приблизиться к двухчастотным.
Одной из особенностей режима DGPS является необходимость передачи дифференциальных поправок от базового приемника к определяемому. При этом различают два метода корректировки информации:
Метод DGPS может быть использован двояко. Если необходимо вычислять координаты в режиме реального времени, то необходим надежный радиоканал для передачи дифференциальных поправок, а в состав GPS - приемника должен входить радиомодем. Если же передача поправок не выполняется, то можно использовать режим постобработки. В этом случае результаты измерений обоих приемников записываются на устройства памяти приемников (например, магнитные карты), а после прекращения измерений накопленная информация обрабатывается специальным ПО и вычисляется точное значение вектора базы.
Передача дифференциальных поправок по радиоканалу может выполняться по выделенным частотным линиям, на частотах любительских радиостанций, по системам спутниковой связи (например, INMARSAT), а также с использованием технологии передачи цифровых данных RDS (Radio Data System) на частотах FM - радиостанций. Причем иногда даже нет необходимости иметь GPS - приемник на базовой станции, поскольку во многих странах уже действует развитая сеть DGPS - станций, постоянно транслирующих поправки на определенную территорию. Например, в прибрежной зоне Северной Америки, Европы, Австралии и Новой Зеландии развернуты сети радиомаяков для морской DGPS -навигации. Американская корпорация DCI (Differential Corrections Inc.) распространяет дифференциальные поправки на всю континентальную часть США, используя для ретрансляции радиосигналов спутники связи Galaxy. Подобные сети станций действуют и на территориях многих европейских стран.
Примером подобной сети может служить шведская сеть станций DGPS, которая носит название SWEPOS. В ее состав входят 21 станция (Reference Station).
Станции равномерно разбросаны по всей территории Швеции. Координаты точек земной поверхности вычисляются в системе SWEREF 93, которая является шведским вариантом EUREF 89. Система SWEREF 93 с точностью до метра совпадает с WGS 84. Кроме того, точно известны параметры перехода в национальную плановую (RT 90) и высотную (RH 70) системы координат. Система SWEPOS может использоваться как в реальном времени, так и в режиме постобработки. Для определения координат в режиме реального времени могут использоваться сигналы только двенадцати станций. На этих станциях (SWEPOS reference station) непрерывно производятся GPS-измерения, а их результаты передаются в центр управления (Control Centre). Полученные дифференциальные GPS- поправки передаются пользователям системы на FM – частотах через систему Epos компании Teracom и ретранслятор (P3 transmitter).
При этом достигается точность определения плановых координат на уровне метра. Кроме того, точность зависит от типа сервиса Epos: базовый (Basic) или улучшенный (Premium). Доступ к системе SWEPOS осуществляется по подписке.
Для определения координат точек местности в режиме постобработки необходимо иметь данные не менее, чем четырех станций SWEPOS. При этом может быть достигнута сантиметровая точность результатов в координатной системе SWEREF 93. При этом продолжительность измерений двухчастотным приемником должна быть не менее двух часов. Вообще, точность измерений зависит от длительности измерений, типа приемника и антенны, а также программного обеспечения, используемого для обработки данных. Например, при использовании одночастотного фазового приемника можно получить метровую точность результатов при продолжительности измерений порядка нескольких минут. Данные о дифференциальных GPS-поправках, полученные после обработки сигналов всех станций, доступны пользователям (User) спустя 4 часа после окончания измерений. Информация может быть передана с центра управления (Control Centre) через Internet или по каналам модемной связи.
Примером глобальной сети DGPS- поправок может служить система OmniSTAR (Рис.). Она использует сеть станций (1) для сбора информации об ошибках, вводимых в GPS- сигнал Министерством обороны США.
Рис. Система OmniSTAR
Собранные данные распределяются одним из центров управления сетью (4). Всего существует 3 центра управления сетью OmniSTAR по всему миру. Оттуда данные передаются на борт к одному из семи геостационарных спутников (5), распределенных по всей земной поверхности. Далее каждый спутник передает данные о дифференциальных GPS-поправках в пределах своей области обслуживания (6). Сигналы поправок системы OmniSTAR могут быть получены через радиоканал GPS-приемником и доступны по подписке.
Сеть OmniSTAR обладает устойчивостью и избыточностью:
Работа сети непрерывно контролируется центрами управления сетью. Имеются два различных типа подписки на систему OmniSTAR: VBS (Virtual Base Station) и VRC (Virtual Reference Cell).
VBS - подписка. Внутри приемника рассчитывается оптимальная для данного положения приемника дифференциальная поправка. При этом используется информация от всех станций сбора данных. Такая методика называется технологией Виртуальной Базовой Станции (VBS). Использование VBS-подписки гарантирует суб-метровую точность в пределах большой области и обеспечивает избыточность системы. Величины поправок не зависят от сигналов какой-либо конкретной станции- выполняется интегрированная обработка сигналов от всех станций. В свою очередь, VBS- подписка подразделяется на такие типы:
VRC- подписка. Данный вид подписки является более дешевым вариантом для пользователя, постоянно работающего в пределах ограниченной территории. При этом для формирования сигналов дифференциальных поправок используются сигналы всех станций, но поправки пересчитываются не на любую точку местонахождения пользователя, а только на одну указанную пользователем точку. С удалением от этой точки точность ухудшается. Зона действия системы OmniSTAR захватывает почти всю поверхность земного шара (Рис.)
Рис. Зона действия системы OmniSTAR
Система подписки достаточно гибка. Для постоянных пользователей системы используется годовая подписка. Для тех, кто не использует сигнал OmniSTAR постоянно, доступны 100, 200 или 300- часовые подписки. Учет наработанного времени ведется с помощью электронного счетчика, встроенного в приемник. Для тестирования приемника пользователем при его покупке счетчик выставляется на 20 ч. Возобновление или продление подписки можно выполнить через каналы спутниковой связи.
Приемники системы OmniSTAR. Ряд DGPS приемников 3000L представляет собой результат многолетних научно-исследовательских работ (Рис.). Приемники выполнены по самой последней технологии. Они имеют высокий уровень интеграции и высокий уровень помехозащищенности. На рынке представлено несколько разновидностей данного ряда приемников:
Рис.
3000LR8 - в добавление к предыдущей модели содержит встроенный 8-канальный GPS- приемник.
3000LR12 - аналогичен 3000LR8, только имеет 12- канальный приемник. Другим классом приемников системы OmniSTAR являются полнофункциональные модульные OEM- приемники, которые устанавливаются как блоки в составе другого оборудования (Рис.). Например, приемник 3000LM имеет вход антенны, входы/ выходы источника питания и интерфейса для обмена данных, а также светодиодные индикаторы состояния прибора. Другие разновидности приемников этого класса - 3000LCC и 3000LCE.
Рис.
Новый приемник 7000L представляет собой полнофункциональный DGPS- приемник со встроенной антенной (Рис.). Он может устанавливаться на крыше автомобиля.
Рис.
Приемники системы OmniSTAR позволяют выполнять настройку и управлять конфигурацией через порт ввода/вывода, т.е. система, в состав которой входит такой приемник, способна управлять им через программное обеспечение. Кроме того, через тот же самый порт может осуществляться ввод/вывод данных.
В случае, когда пользователь работает в зоне действия более, чем одного центра управления сетью, система автоматически производит необходимые переключения в соответствии с текущим положением пользователя. На участках земной поверхности, где сигнал системы резервируется, могут осуществляться автоматические переключения пользователя на резервное обслуживание, если основной сигнал передается с помехами.
В настоящее время ведутся работы по реализации общеевропейского радионавигационного плана. Разработан специальный стандарт пересылки поправок DGPS, который называется RTCM SC - 104. Все производители GPS - приемников используют его для реализации дифференциального режима работы своей аппаратуры.
В геодезических приложениях нашли применение исключительно дифференциальные методы GPS - измерений, поскольку только с их использованием возможно определение координат точек местности с требуемой точностью.
Имеется несколько методов выполнения наблюдений. Выбор конкретного метода зависит от следующих факторов:
Для решения различных задач: определения точных координат отдельных точек, последовательных измерений местоположения множества точек, непрерывных координатных определений в процессе движения автомобиля и др. - в рамках DGPS- режима разработан ряд методов выполнения измерений. Эти методы отличаются технологией выполнения работ и получаемой точностью вычисления вектора базы.
Статический метод (Static Positioning)
Название метода означает, что приемники не перемещаются в течение всего наблюдательного интервала. Базовый приемник и приемник с неизвестными координатами одновременно выполняют наблюдения и записывают данные в течение 15 минут - 3 часов. Такая длительность сессии вызвана необходимостью определения целочисленной неоднозначности фаз в начале сессии. Этому способствует и заметное изменение со временем конфигурации спутниковой системы. Одночастотные приемники используются для измерения баз длиной до 10-15 км, а двухчастотные - для баз длиннее 15 км (преимущества двухчастотных приемников заключаются в возможности адекватного моделирования эффекта воздействия ионосферы, а также меньшей продолжительности наблюдений для достижения заданной точности). После завершения сеансов наблюдений данные, полученные каждым приемником, собираются вместе, вводятся в компьютер и обрабатываются с помощью специальных программ с целью определения неизвестных координат пунктов.
Точность метода при использовании фазовых наблюдений:
Данный метод используют для решения задач контроля национальных и континентальных геодезических сетей, мониторинга тектонических движений земной поверхности, наблюдения за состоянием дамб, фундаментов атомных электростанций и др. сооружений.
Псевдостатический метод (Pseudo-Static Positioning)
Отличается от статического тем, что обеспечивает более высокую производительность съемки за счет выполнения наблюдений в течение нескольких коротких сессий вместо одной длинной. Один приемник непрерывно наблюдает на базовом пункте. Перевозимый приемник после наблюдений в течение 5 - 10 минут на определяемом пункте выключается и перевозится на следующий определяемый пункт, где вновь включается на 5 -10 минут. Затем вновь выключается и перевозится на следующий пункт и т.д. Каждый определяемый пункт необходимо посетить еще раз на 5 минут через 1 час после первого посещения. Этот метод практически эквивалентен статическому, но вместо того, чтобы ожидать в течение 1 часа изменения конфигурации спутников, наблюдения проводятся в течение 5 минут, а следующие 5 минут наблюдаются одним часом позже, когда конфигурация существенно изменилась. Остающиеся 55 минут можно использовать для посещения дополнительных неизвестных пунктов. Точность получаемых результатов будет на уровне статического метода. Для наблюдений могут использоваться как одночастотные, так и двухчастотные приемники. Метод удобен, когда необходимо в течение короткого времени произвести точное измерение координат большого количества точек. Недостатком метода является необходимость точного планирования графика посещения пунктов.
Быстростатический метод (Rapid Static Positioning)
Этот метод был разработан в последние годы. Он позволил значительно увеличить производительность GPS съемки. Метод отличается от псевдостатического тем, что достаточно лишь одного посещения определяемых пунктов (в течение 5-10 минут - в зависимости от расстояния между опорным и определяемым пунктами). Поначалу, на этапе появления данного метода, для наблюдений подходили лишь двухчастотные Р- кодовые приемники. В настоящее время некоторые одночастотные приемники можно также использовать в быстростатическом режиме.
Кинематический метод “стой-иди” (Stop-and-Go Kinematic Positioning)
Метод позволяет получить положения пунктов так же быстро, как и в случае использования электронного тахеометра при решении топографических задач. Метод требует выполнения короткой процедуры инициализации с целью определения целочисленных неоднозначностей фаз. После этого опорный приемник продолжает непрерывно наблюдать на пункте с известными координатами, второй приемник перевозится (во включенном состоянии) на первый определяемый пункт, где вновь наблюдает 1 минуту. Затем он посещает все остальные определяемые пункты (лишь по одному разу).
Наиболее распространенными являются следующие процедуры инициализации:
Недостаток метода состоит в необходимости непрерывного (и даже во время движения) наблюдения не менее 4 спутников одновременно. Если число наблюдаемых спутников падает до трех хотя бы на миг, необходимо вернуться на последний успешно посещенный определяемый пункт или вновь провести процедуру инициализации. Во избежание этого лучше всего обеспечить возможность наблюдения одновременно пяти или более спутников.
Точность метода при использовании фазовых наблюдений:
Метод эффективен при выполнении топографической съемки, когда за короткое время необходимо определить координаты большого числа точек, при построении цифровых моделей рельефа, определении местоположения объектов местности, имеющих форму ломаной линии (трубопроводы, дороги и пр.).
Кинематический метод со статической инициализацией (Kinematic with Static Initialization)
Метод очень похож на предыдущий. Точно так же на базовом пункте с известными координатами производится процедура инициализации, затем подвижный приемник перемещается в начальную точку маршрута движения и производит там наблюдения в течение нескольких минут. Далее подвижная платформа с приемником начинает движение по маршруту. GPS - измерения выполняются непрерывно во время движения с интервалом 1 сек. Точностные параметры метода те же, что и у “Stop-and-Go”. Чаще всего применяется для получения координат линейных объектов типа дорог, рек и т.д.
Кинематический метод с инициализацией “на ходу” (Kinematic with On - the Fly Initialization)
Данный метод не требует для инициализации размещения подвижного приемника на базовой станции - эта процедура выполняется непосредственно при движении транспортного средства по маршруту. Кроме того, если по какой- либо причине произошел срыв наблюдений (например, из-за проезда под железнодорожным мостом), процесс инициализации производится вновь без остановки движения. Точностные параметры и сферы использования метода не отличаются от других кинематических методов.
Диспетчерские службы.Очень широкое распространение в мире получили системы автоматического определения координат движущихся объектов на основе GPS или системы GPS/AVL (Automatic Vehicle Location). С их помощью на современном уровне решаются задачи диспетчеризации транспортного парка. Каждый автомобиль оснащается GPS- приемником и радиосвязным оборудованием, обеспечивающим передачу информации на диспетчерский пункт. На экране монитора диспетчера с использованием программного обеспечения ГИС формируется электронная карта территории, которая обслуживается транспортными средствами. Данные о координатах и скорости движения автомобилей, полученные по радиоканалу, позволяют отобразить их текущее положение на этой карте. Помимо координатной информации по радиосвязной линии могут передаваться сигналы различных датчиков, установленных на автомобиле и другая информация. Возможности системы:
Некоторые примеры использования GPS/AVL систем приведены ниже.
Компания SonyMobileComm разработала GPS/AVL систему NVX-F160 с программным обеспечением EtakGuide. Автомобили оборудованы 8-канальными GPS- приемниками, которые опрашиваются с частотой 1 Гц. Карты 48 штатов территории США, схемы 32 главных американских дорог, планы 1000 парков и 5000 мест отдыха записаны на прилагаемом компакт-диске. Фирмы TeleAtlas и Philips Car Systems подписали соглашение о совместном производстве подобных компакт-дисков с цифровыми картами различных территорий.
Система Priority One (разработка американской фирмы Greenfield Associates), кроме стандартных AVL- функций, обеспечивает водителю приоритетный проезд через самые сложные участки дорог в пределах города. Для определения оптимального пути движения используется информация о координатах и скорости автомобиля, а также возможных альтернативных маршрутах и загруженности перекрестков. Установленный на автомобиле 12-канальный GPS- приемник фирмы Canadian Marconi обеспечивает в дифференциальном режиме точность определения координат не хуже 5 м.
Диспетчерские GPS- системы используются в службе инкассации ИНКОМБАНКа (г. Москва), некоторых управлениях МВД России и Казахстана, специальном техническом управлении МЧС России.
Проблемы
В условиях Украины существуют проблемы реализации GPS- технологий. При покупке GPS- систем должны учитываться следующие моменты:
Перспективы использования GPS
Уже начиная с 1993 года различные государственные и научные организации США ведут исследования касательно перспектив использования GPS. В результате в 1993 г. был выпущен совместный документ Министерства обороны (МО) США и Министерства транспорта (МТ) США “Использование GPS для решения военных и гражданских задач”. В документе подчеркивается:
Приложение: Основные технические характеристики некоторых GPS- приемников
|
Название прибора |
Фирма (страна) |
Точность опред. |
Рабочие частоты |
Количество каналов |
Ориент. Цена, USD |
|
4600 LS Surveyor |
Trimble Navigation (США) |
5 мм + 1 мм/км |
L1 |
8 - 12 |
7,500 |
|
Land Surveyor Si |
Trimble Navigation (США) |
5 мм + 1 мм/км |
L1 |
9 - 12 |
18,900 |
|
4000 SSE Geodetic Surveyor |
Trimble Navigation (США) |
5 мм + 1 мм/км |
L1, L2 |
9 - 12 |
33,000 |
|
SR 261 |
Leica AG (Швейцария) |
5 мм + 2 мм/км |
L1 |
6 |
18,000 |
|
Geotracer 2100 |
Geotronics AB (Швеция) |
5 мм + 1 мм/км |
L1 |
12 |
13,000 |
|
GePoS RS 12 |
Carl Zeiss GMBH (Германия) |
5 мм + 1 мм/км |
L1 |
12 |
8,600 |
|
GSSR1A |
Sokkia (Япония) |
5 мм + 2 мм/км |
L1 |
GPS (Global Positioning System) - глобальная система местоопределения (навигации). Не
GPS приемники
GPS-приёмник — радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками группы NAVSTAR.
Максимальная точность измерения составляет 3-5 метров, а при наличии корректирующего сигнала от наземной станции — до 1 мм (обычно 5-10мм) на 1 км расстояния между станциями (дифференциальный метод). Точность коммерческих GPS-навигаторов составляет от 150 метров (у старых моделей при плохой видимости спутников) до 3 метров (у новых моделей на открытом месте). Кроме того, при использовании систем SBAS и местных систем передачи поправок точность может быть повышена до 1-2 метров по горизонтали. До 1 мая 2000 года точность искусственно занижалась путем внесения в передаваемые спутником данные помех.
На базе GPS-приёмников создаются как самостоятельные устройства — GPS-навигаторы, GPS-трекеры, имеющие собственный процессор для необходимых расчётов и (в основном, у навигаторов) дисплей для отображения информации, и GPS-приставки к КПК и ноутбукам, которые бывают беспроводные (BlueTooth) и проводные (USB, RS-232). Последние также жаргонно называют GPS-мышками из-за внешнего сходства с компьютерными мышами. Помимо этих устройств, для GPS-навигации используются онбордеры (встроенные автомобильные компьютеры).
Оборудование условно делится на пользовательское и профессиональное. Профессиональное отличается качеством изготовления компонент (особенно антенн) и ПО, поддерживаемыми режимами работы (например RTK, binary data output), рабочими частотами (L1+L2), алгоритмами подавления многолучевости, солнечной активности (влияние ионосферы), поддерживаемыми системами навигации (например GPS — ГЛОНАСС приёмники) и, разумеется, ценой. Приемники бывают одноканальными и многоканальными.
Одноканальным GPS приёмникам приходиться осуществлять последовательно захват каждого GPS спутника. По этому каналу осуществляется как слежение за спутниками, так и передача технической информации о состоянии спутника и системы в целом.
|
3.Мониторинг транспорта Задачи определения местонахождения автомашин, других транспортных средств, ценных грузов и т.д. крайне актуальны как для государственных органов, так и для частных структур. Такие задачи приходится решать в процессе управления муниципальными службами и контроля перемещения подвижных объектов, обеспечения безопасности автомашин и их поиска в случае угона, сопровождении транспортных средств и ценных грузов. Подсистемы анализа позволяют отображать местоположение подвижных объектов на электронной карте, выдавать сигналы и справочную информацию диспетчеру в случае каких-либо происшествий, передавать текстовые сообщения и оказывать активные воздействия на объекты (блокировка дверей, двигателя и т.д.). Использование различных вариантов визуализации этой информации позволяет строить различные, адаптированные к конкретным задачам, системы поддержки принятия решения диспетчером. Использование системы мониторинга с целью повышения эффективности работы муниципальных служб – одна из самых актуальных сфер ее применения. Система позволяет решить ряд важнейших проблем, в частности проблему диспетчеризации - управления транспортными потоками. Так же система обеспечивает контроль целевого использования транспортных средств. СНС «ЛОГИСТИК» позволяет отслеживать маршруты движения контролируемого объекта, расход топлива, пройденное расстояние и другие параметры, а так же позволяет максимально рационально распределять силы и средства в условиях затруднительных и чрезвычайных ситуаций. В настоящее время мониторинговые системы наиболее востребованы в сфере управления и контроля транспортных средств. Ее основные функции в данной области это: Диспетчерская система СНС «ЛОГИСТИК» функционирует следующим образом: на объекты мониторинга устанавливаются специальные терминалы, с помощью которых осуществляется сбор информации о состоянии подключенных к ним датчиков. Координаты, скорость, курс и другие параметры движущихся объектов определяются с помощью спутников глобальной спутниковой системы определения координат – GPS. Вся информация передается по цифровым и аналоговым каналам связи, включая УКВ, КВ-радиосвязь, сотовые каналы GSM, каналы спутниковой связи INMARSAT и GLOBALSTAR, в диспетчерский центр – программно-аппаратный комплекс, предназначенный для решения задач анализа, контроля и управления. Принятая информация сохраняется в базе данных для последующей обработки, а также отображается на электронной карте местности. Таким образом, оператор диспетчерского центра имеет возможность визуально контролировать местонахождение мобильных объектов, выдавать информацию о происшествиях (по информации датчиков) и оказывать активное воздействие на объекты. Диспетчерский центр СНС «ЛОГИСТИК» позволяет: Терминал мобильный питается от бортовой сети, однако он может оснащаться автономным аккумулятором, обеспечивающим работу МТ в течение 6 час. При отключенном бортовом питании. Система датчиков, устанавливаемая на подвижном объекте, может решать следующие задачи: Для предприятий, осуществляющих транспортные перевозки грузов полезными будут сведения о пробеге и расходе топлива, о вскрытии перевозимых контейнеров или ящиков. Возможность получения данных о прохождении контрольных точек маршрута (опережение или отставание от графика движения) позволит своевременно договорится с пунктом доставки о времени прибытия груза. Также можно отслеживать отклонения недобросовестного водителя от маршрута или выход за пределы установленной зоны. Работа терминала мобильного отличается высокой экономичностью эксплуатации. В одном SMS-сообщении он может передать данные о позициях в 22 точках маршрута. Выбор передаваемых с терминала мобильного на диспетчерский пункт параметров определяется с помощью команд диспетчерского пункта. Кроме данных, поступающих через заданное время, оператор диспетчерского пункта может сделать запрос и немедленно получить ответ о положении и состоянии объекта. Для обеспечения безопасности сопровождения ценных и опасных грузов существует возможность модификации как оборудования устанавливаемого на подвижном объекте, так и программного обеспечения диспетчерского пункта под специфику выполняемых задач. Например: система автоматически оповещает оператора, при: При необходимости имеется возможность организации голосовой связи с экипажем автотранспортного средства с возможностью передачи данных. Для обеспечения бесперебойной глобальной связи с диспетчерским пунктом при междугородних\международных перевозках имеется возможность использования совмещенного с сотовой связью транспондера системы спутниковой связи Globalstar\GSM. Спутниковая навигационная система «ЛОГИСТИК» позволяет решать широкий круг задач по контролю мобильных объектов и дистанционному сбору и обработке информации. Разработчиком и производителем данной технологии, от программного обеспечения до мобильных устройств является Российское предприятие, что позволяет оперативно изменять возможности системы под специфический круг задач. Таким образом, одним из важнейших достоинств этой системы является ее модульность, то есть готовность к дальнейшему развитию и использованию различных систем связи в неограниченных масштабах. |
Итак, GPS (Global Positioning System) - глобальная система местоопределения (навигации). Не будет преувеличением сказать, что толчок к развитию навигации с использованием космических аппаратов дал запуск в СССР первого искусственного спутника Земли (ИСЗ). Это событие произошло в 1957 году. Не секрет, что в любом подобном действии американцы видели угрозу для своей страны. Была поставлена задача следить за советским ИСЗ. Сигнал со спутника принимали на наземном пункте с известными координатами. Появился интерес к обратной задаче: расчет координат приемника на основе принятых со спутника сигналов.
В 1964 году директор лаборатории прикладной физики университета Джона Гопкинса профессор Кершнер создал спутниковую радионавигационную систему первого поколения Transit. Как правило, изобретения подобного рода создаются для военных целей. Не стала исключением и Transit. Ее целью было обеспечение навигации баллистических ракет Поларис, запускаемых с подводных лодок. Но данная система могла обеспечить точное определение координат лишь для стационарных или медленно движущихся объектов. Благодаря изобретенным в 60-х годах высокоточным атомным часам появилась возможность использовать для навигации несколько синхронизированных передатчиков, пересылающих закодированные сигналы. Чтобы рассчитать координаты приемника, необходимо было лишь измерить соответствующие временные задержки сигналов. ВМС США успешно продолжали работать над реализацией этого принципа и осуществили запуск нескольких спутников. В то время ВВС США разрабатывали идею использования для целей навигации широкополосных модулированных псевдослучайными шумовыми кодами (PRN - Pseudo Random Number code) сигналов с использованием одной несущей частоты. А в 1973 году ВМС и ВВС США объединились в общую Навигационную технологическую программу. Как следствие, появилась программа Navstar GPS.
Дифференциальная коррекция
Дифференциальная коррекция - это метод, который значительно увеличивает точность собираемых GPS-приемником данных. Используя такой метод, можно определить местоположение буквально до сантиметров. В этом случае один приемник расположен в точке с известными координатами (базовая станция), а второй приемник собирает данные в точке с неизвестными координатами (ваш передвижной приемник). Так как координаты базовой станции известны, то она может вычислить ошибки, содержащиеся в спутниковом сигнале. То есть базовая станция может уточнить координаты спутников и передать скорректированные данные вашему подвижному приемнику. Уточненные данные называются дифференциальными коррекциями и используются для точного определения месторасположения.
|
Рис.9. Метод DGPS увеличивает точность данных |
Как дифференциальные коррекции передаются с базовой станции на ваш приемник? Посредством радиосвязи. Например, в США скорректированный сигнал передается береговой охраной через морские радио-буи, работающие на частоте 283.5 - 325 KHz. Пользоваться этим сервисом может каждый, кто имеет специальный DGPS-приемник. Он подключается к вашему GPS-терминалу и принимает корректированный сигнал. Под Санкт-Петербургом в феврале 1998 года была установлена первая базовая станция DGPS. Она передает дифференциальную поправку на частоте 298.5 KHz. Выходная мощность передатчика 100 вт. Это позволяет принимать дифференциальные коррекции на расстоянии до 300 км на море или 150 км на суше. Опять же вам необходимо иметь специальный DGPS-терминал, подключаемый к GPS-приемнику.
Русский GPS
В Советском Союзе испытания новой Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) начались в 1982 году. Предполагалось использование такого же числа спутников и на такой же высоте орбит, что и в американской Navstar. Была заявлена точность 10 метров по каждой из координат и 0.05 м/с по каждой компоненте скорости. Спутники ГЛОНАСС, весящие по 1400 кг, доставлялись на орбиту 4-ступенчатыми носителями Протон по три штуки за запуск. К 1990 году было запущено 48 спутников, но 16 из них отказывались передавать навигационные сигналы. Как ни странно, лишь в 1991 году выяснилось, что эти спутники вообще не содержали навигационную аппаратуру, а использовались лишь для отработки вывода на орбиту. К лету 2001 года из рабочих осталось только шесть спутников. Жаль, что столько металла запущенно в космос впустую.
GPS на практике и в перспективе
Сфера применения GPS огромна. Кроме перечисленных выше возможностей GPS также используется для навигации судов в туманную погоду, отслеживания транспортировки ценных грузов, точной посадки самолетов, поиска затонувших кораблей и отслеживания опасных айсбергов. Интересна идея использования GPS в качестве источника точного времени при проведении разного рода научных экспериментов. Нельзя недооценить важность GPS и для спасательных служб.
GPS полезна для управления автомобильными системами навигации. Имея в автомобиле соответствующее оборудование, вы можете путешествовать по незнакомой местности. Введите координаты назначения, и система сама подскажет, где вам необходимо совершить поворот. GPS-оборудование, установленное на инкассаторской машине, позволит следить за ней на всем пути ее следования. Автосигнализацией на основе GPS сегодня никого не удивишь - она стала доступна многим по относительно невысокой цене. Угнанный автомобиль всегда будет "на прицеле" у диспетчерской службы.
Биологи могут регистрировать ареалы расселения диких животных, маршруты их миграций, численность популяций. Агрономы могут использовать GPS для правильного распределения удобрений и сбора данных о типах почв. В городском хозяйстве GPS может применяться для контроля транспортных потоков, для съемки информации о расположении канализационных или газовых трубопроводов. Такая информация позволит аварийным службам оперативно решить проблемы при аварийной ситуации.
Археологи и историки могут использовать GPS для поиска и регистрации раскопок исторических мест. Например, в 1984 году бизнесмен из Оклахомы Рон Фрейтс применил GPS для поиска древних поселений майя, затерявшихся в зарослях джунглей Гватемалы и Белиза. Он использовал фотографии спутника Ландсат и навигационные данные GPS. Фрейтс сообщил: "За пять дней мы смогли нанести на карту всю территорию поселений майя на полуострове Юкатан. Чтобы обойти эту местность пешком, экспедиции потребовалось бы не менее ста лет".
Как видим, перспективы у GPS огромны. Несомненно, GPS станет стандартным оборудованием многих автомобилей. Внедрят в эксплуатацию эту спутниковую систему и все службы спасения, безопасности и техпомощи. GPS будет прекрасным подспорьем в городском и сельском хозяйстве. Уже сейчас цена неплохого GPS-приемника для многих стала приемлемой.
Спутниковый мониторинг транспорта, основан на использовании глобальных телеметрических навигационных спутниковых систем, таких как GPS и ГЛОНАСС. Первоначальное предназначение данных систем состояло в точном определении координат различных движущихся объектов в военных целях. Однако в дальнейшем, было принято решение об их использовании в коммерческих целях. В нашей стране крупнейшим производителем систем контроля транспорта, работающим на основе спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС, является ОАО «Русские Навигационные Технологии» . Данным предприятием разработаны и введены в действие крупные системы спутникового мониторинга транспорта, такие как АвтоТрекер.
В своей работе, данные системы контроля транспорта, используют методы спутникового GPS слежения. Они позволяют наиболее точно осуществлять контроль всех систем автомобиля, а также всех его эксплуатационных характеристик, что в конечном итоге способствует разработке мероприятий, по снижению затрат на содержание автотранспорта и его эксплуатацию. Система позволяет осуществлять непрерывный контроль расхода топлива, что создает условия, полностью исключающие возможности его хищения. Благодаря контрольным функциям, выполняемым системой, и принятию, на их основе оперативных мер руководством предприятия, удается экономить до 20% средств, направляемых на поддержание работоспособности автопарка.
В настоящее время существуют несколько видов систем контроля транспорта. Одной из них является система "Автотрекер". Она обслуживается спутниковыми навигационными системами GPS и ГЛОНАСС и может одновременно осуществлять контроль над несколькими сотнями единиц транспорта. Данная система помогает наладить оперативное управление всеми автоперевозками предприятия, и легко сократить затраты на использование и обслуживание транспортных средств. С помощью данной системы, можно осуществлять контроль над следующими параметрами автотранспорта:
1. Определение местоположения объекта в режиме онлайн.
2. Соблюдение графика движение и маршрута движения.
3. Контроль топлива.
4. Контроль скорости.
5. Контроль состояния двигателя автомобиля.
6. Время движения.
7. Время и места стоянок.
8. Выполнение охранных функций.
Благодаря этим данным, руководством автопредприятия разрабатывается комплекс мер, позволяющих повысить эффективность использование автомашин, предотвратить хищения топлива, снизить затраты на ремонт, повысить дисциплинировать работников.
Спутниковый мониторинг транспорта, с помощью систем GPS и ГЛОНАСС, позволяет контролировать наиболее важные параметры работы транспорта и отображать их в соответствующих отчетах. Диспетчеру становятся доступны такие параметры, как:
1.маршруты всех транспортных объектов за любой промежуток времени.
2.отображение местоположения всех объектов на географической карте диспетчерского пункта.
3. сохранение всей информации в базе данных, что позволяет просматривать ее из сети Интернет.
4. после выхода транспортного средства из зоны действия сети GSM. Вся информация о нем, сохраняется в блоке до трех месяцев.
5. Диспетчер может сверять информацию, полученную с путевых листов, с реальной, записанной системой.
6. Предоставляется возможность в составлении табличных и графических отчетов, в том числе о расходах ГСМ, соблюдении графика движения и маршрута движения, скорости и времени нахождения в пути.
Таким образом, можно сделать вывод, что использование систем контроля транспорта, работающих на основе спутниковой навигационной системы GPS и ГЛОНАСС на автотранспортных предприятиях, довольно привлекательно и выгодно. Спутниковый мониторинг транспорта позволяет сделать бизнес на автотранспортных предприятиях
наиболее выгодным и успешным, и позволит увеличить их доходы.
Система мониторинга GALILEO предназначена для установки в автомобиль, как устройство для передачи информации о состоянии транспортного средства на пульт диспетчера. Устройство принимает сигнал о своем местонахождении со спутников систем, обрабатывает показания с датчиков и передает эту информацию.
Приборы GALILEO устанавливаются на транспортные средства автопарка. С помощью GALILEO можно организовать охрану транспорта, управлять состоянием автомобиля (глушение двигателя по команде, поступающей с диспетчерского центра), осуществлять прослушивание салона автомобиля, а также организовать голосовую диспетчерскую связь с транспортными средствами автопарка.
Главные преимущества:
Возможности прибора для глонасс мониторинга:
GPS-трекер GALILEO определяет координаты движущегося транспортного средства, сохраняя данные времени, маршрута и показаний датчиков в виде точек с географическими координатами, которые затем передаются для обработки на сервер диспетчерского пункта.
Прибор GALILEO, установленный на транспортном средстве, позволяет выявить такие серьезные факты нарушения эксплуатации, как отклонение от заданного маршрута и нецелевая растрата выделенного запаса горючего. Результатом внедрения системы спутникового слежения является заметное сокращение расходов организации за счет экономии топлива, уменьшения пробега транспорта и повышения общего уровня трудовой дисциплины водителей. Как правило, GPS-трекер окупает себя в течение нескольких месяцев.
Главные преимущества:
Возможности прибора для глонасс мониторинга:
Прогноз великого классика подтвердила Эльвира Набиуллина, министр экономического развития и торговли РФ, заявив, что, если не изменить подход к строительству дорог в России, на их реконструкцию и строительство понадобится около 270 лет. “Евгений Онегин” был написан около 180 лет назад; сложив эту цифру с цифрой министра получаем около 450 лет…
Строительство дорог, качественных, с удобными развязками, - первоочередная задача. Дорог не хватает - это факт. При общей протяженности дорог в России примерно в 1 млн. 100 тысяч км ежегодно строится и реконструируется около 1800 км, то есть менее 0,2% общей протяженности.
Необходимо строить дороги-дублеры, мосты, туннели, подземные переходы, эстакады, объезды вокруг городов. Нужно вкладывать деньги в строительство метро и железных дорог, как альтернативного вида транспорта. Факт: в Москве до 2015 года планируется открыть более 20 станций метро.
С другой стороны, заглядывая в будущее, процесс дорожного строительства в городах не будет вечным, и все равно дорог может быть недостаточно. Тут на первый план выходят организационные меры по решению транспортной проблемы (см. выше).
Рассмотрим конкретные решения по борьбе с автомобильными пробками для Москвы и Нижнего Новгорода.
Для ликвидации автомобильных пробок в Москве (в центре города) есть идея строительства офисов на окраине (back-офисов) для сотрудников, проживающих в дальнем Подмосковье.
В развитие этой идеи (на долгосрочную перспективу - 50-100 лет): вывести из Москвы весь бизнес за пределы МКАД. Для этого на расстоянии 25-40 километров от МКАД нужно проложить новую железнодорожную кольцевую дорогу, с которой будут соединяться все железнодорожные въезды в город. В районе этой железнодорожной кольцевой дороги распределить офисы, бизнес-центры, фабрики, заводы.
Данное решение позволит вывести основные транспортные потоки из города. Электропоезда, которые будут курсировать по новым железнодорожным линиям, позволят снизить пассажиропоток в центр Москвы.
Рассматривается также идея по изменению графика работы московских служащих в две смены для разгрузки основных магистралей.
1 февраля 2007 года в Москве началось строительство Четвертого транспортного кольца. Долгожданная трасса, которую полностью обещают открыть лишь к 2013 году (в год будет строиться 12-14 км дороги), позволит несколько разгрузить Третье транспортное кольцо, оттянув автомобильный поток на себя, но транспортную проблему в городе не решит. По мнению специалистов, объемы строительства дорог в Москве нужно значительно увеличить.
Московскими властями обсуждалась и кардинальная идея о запрете в городе всех автомобилей старше семи лет, как представляющих реальную опасность на дороге.
В 2008 году в Москве запустят два дирижабля, которые будут контролировать ситуацию на столичных дорогах.
В Нижнем Новгороде в 2007 году наблюдался настоящий бум продаж легковых машин. Новые автомобили (серии “Т” и “У”) буквально заполонили город. В вечерние часы (часы пик) город стоит, пробки на подъездах ко всем мостам через Оку. Единственный мост через Волгу - отдельная печальная история.
Основные меры по борьбе с автомобильными пробками в Нижнем Новгороде:
В других городах России пути решения проблемы пробок на дорогах похожи.
В России к 2020 году будут ежегодно выпускать 6 миллионов автомобилей. Это в три раза больше, чем сейчас. Из них 5,1 миллиона - легковые.
Ежегодное увеличение прироста автомобилей по Москве составляет от 7 до 13% или около 200 тысяч единиц (примерно 500 новых автомобилей ежедневно). За последние пять лет численность автотранспорта в Москве возросла на 22%. На каждую тысячу жителей приходится порядка 300 автомобилей.
На начало февраля 2007 года в столице зарегистрировано более 3 миллионов единиц автотранспорта. А есть еще иногородние автомобили. Через десять лет, по прогнозам специалистов, городской парк транспортных средств будет составлять около 5 млн. единиц. Всего в России насчитывается около 40 миллионов частных автомобилей.
В будни в Москве одновременно движется от 200 до 350 тысяч автомобилей. В час пик количество автомобилей на городских дорогах превышает 400 тысяч (до 600 тысяч), а средняя скорость их движения составляет около 24 км/ч. При том каждый день возникает в среднем около 650 пробок, в каждой из которых стоит около 500 автомобилей. А чтобы полностью парализовать Москву, заполнив все улицы без возможности движения, надо 1,9 миллиона машин.
В предновогодние дни количество автомобилей на столичных дорогах увеличивается примерно на 20% - все едут в Москву за покупками.
В настоящее время протяженность улиц и дорог Москвы составляет около 4667 км, в том числе магистралей - 1285 км. За последние десять лет построено 527 км улично-дорожной сети. Столице на сегодняшний день не хватает около 350 км магистралей.
Эта статистика отражает реальное положение дел не только в Москве. Крупные города просто “задыхаются” от автомобилей, в прямом и переносном смысле этого слова.
За границей дела не лучше. Подсчитано, в США ежегодно за время стояния в пробках попусту теряется около 11 миллиардов литров горючего, времени - примерно 4,2 млрд. часов. С учетом потерь времени убытки оцениваются в 78 миллиардов долларов в год. Но реальная сумма еще больше.
В рейтинге самых опасных дорог мира, по версии популярного автомобильного ресурса Autospies.com, в первой строчке оказалась федеральная трасса “Лена”, соединяющая Москву и Якутск.
России нужны хорошие дороги и грамотное управление транспортными потоками. С пониманием должны относиться и водители, по чьей вине, кстати, происходят многочисленные аварии, с печальным результатом. В статистику происшествий на дорогах вдаваться не буду, но она просто ужасает! Здесь обоснованными будут меры по серьезному ужесточению наказания за различные правонарушения на дорогах (отбирать права, крупный штраф и прочее). Безопасность на дороге превыше всего! Обратите внимание!..
Хотел бы еще обратить внимание на проблему хамства на дороге (как водителей, так и пассажиров) - неуважение людей к другим, необоснованное нарушение правил, ведущее к опасным последствиям… Решение этой проблемы лежит в области воспитания; нужны некие меры, обличающие проблему, и время. Тут уместно вспомнить наше больное: в России две беды - дураки и дороги.
Автомобильные пробки, аварии на дорогах вскрывают множество проблем российского общества, решать которые предстоит нам общими усилиями, участием каждого, кто в пути, в дороге… по ту или другую ее сторону.
Самые большие пробки за всю историю использования человеком авто:
Дорожный затор, или автомобильная пробка — скопление на дороге транспортных средств, движущихся со средней скоростью, значительно меньшей, чем нормальная скорость для данного участка дороги. При образовании затора значительно (до 20 раз и более) снижается пропускная способность участка дороги. Если прибывающий поток транспорта превышает пропускную способность участка дороги, затор растёт лавинообразно.
Плохо организованная работа общественного транспорта также является причиной пробок. Москва.
Пробка в Харькове.
|
|
Причиной пробок на дорогах является повышение плотности потока автомобилей в результате поступление потока машин, превышающего их пропускную способность из-за увеличения потока или снижения пропускной способности дороги. Увеличение притока машин может быть вызвано:
Все эти факторы имеют случайный характер по времени появления и интенсивности.
Причины сокращения пропускной способности делятся на постоянные и случайные.
Постоянные причины снижения пропускной способности:
Постоянные причины могут быть устранены реконструкцией дороги и изменением организации движения на дороге.
Случайные факторы,вызывающие снижение пропускной способности:
Следует также отметить факторы, усугубляющие уже образовавшийся затор и препятствующие его разрешению:
Случайные факторы не могут быть устранены.
Меры предотвращения заторов можно свести к следующим категориям: увеличение пропускной способности, регулирование доступа к дорогам, и предотвращению ситуаций, приводящих к возникновению и развитию заторов. Не все меры предотвращения заторов подходят для любых ситуаций: те или иные меры в некоторых случаях могут быть не только неэффективны, но и давать противоположный эффект.
Ограничение доступа к дороге — обратный способ, призванный пересадить часть водителей на другие виды транспорта.
К ограничениям доступа следует подходить с соответствующей осторожностью: введение слишком строгих запретов нередко приводит к тому, что становится сложно следить за их соблюдением, и к тому же даёт почву для злоупотреблений.
Пробки вообще неискоренимы. Однако некоторым городам все же удалось взять их под контроль - и это уже огромный прогресс. Мы проанализировали опыт успешных борцов с пробками - Лондона, Сингапура, Нью-Йорка и Токио - и примерили его к московским реалиям.
Великолепная четверка
Лондон. Лондонские таксисты любят пугать доверчивых туристов историями о том, как «вчера с Парк-Лейн до Хитроу вез клиента три часа и тот таки не улетел в Сидней». За неимением по-настоящему ужасных пробок приходится их выдумывать.
А вот лет десять назад такие истории выглядели реалистично. Реки мигрантов, перегруженное метро, узкие улицы - все условия для дорожных заторов здесь были созданы еще в 1950-1970-х годах. До середины 1980-х с пробками как-то пытались бороться, но в 1985-м Маргарет Тэтчер отменила в Лондоне городское самоуправление, которое ввели столь нелюбимые ею социалисты. Мэр превратился в свадебного генерала, а все тридцать три района мегаполиса зажили самостоятельной жизнью. Централизованным развитием городской инфраструктуры больше никто не занимался, и Лондон встал. Коренные жители предпочитали теперь не ездить в центр на машине - средняя скорость движения там редко превышала 15 км/ч.
Пришедший к власти в 1997 году лейборист Тони Блэр восстановил городское самоуправление. Возродилась Лондонская ассамблея, мэра стали выбирать, а проблемы - решать централизованно. В 2000 году мэрское кресло занял ультрапрогрессивный Кен Ливингстон - и тут же занялся транспортным вопросом. Очень демократичный в жизни - он добирается до работы общественным транспортом, - мэр не побоялся принять несколько непопулярных решений.
В 2002 году Ливингстон ввел плату за въезд в исторический центр: в районы Сити, Вест-Энд, Вестминстер и Сохо. Такая поездка теперь стала обходиться в 5 фунтов (сейчас уже в 8 фунтов) с 7.00 до 18.30 в будние дни. В остальное время въезд бесплатный. Чтобы контролировать поток машин, Ливингстон оцепил центральную зону Лондона (21 кв. км) видеокамерами - они считывают номер пересекающего границу автомобиля и передают его в центр управления движением. В тот же день, до 22.00, водитель должен оплатить въезд: в банке, в обычном магазине или через интернет. Забывчивость стоит дорого - назавтра неплательщику придется отдать уже не 5, а все 50 фунтов. От платы освобождены только автомобили неотложных служб, такси и мотоциклы. Жители центрального района получили 10-процентную скидку; еще небольшие скидки дали водителям, часто бывающим в центре.
Общественность встретила инновации Ливингстона в штыки. Негодование подогревала стоимость «умной системы» - более 200 млн фунтов. Бурное недовольство выражали торговцы, которые почувствовали, что могут лишиться части покупателей. В итоге цены в магазинах Оксфорд-стрит упали на 8% по сравнению с неоцепленными улицами. Что уж говорить о самих автомобилистах: в интернете даже появился сайт несогласных, где они обсуждали, как избежать оплаты, умело замазав номер. Судя по статистике сбора штрафов с нарушителей, удалось это немногим. Только за первый год городская казна пополнилась за счет зоны на 80 млн фунтов. Пыл недовольных поугас - люди стали привыкать к новым правилам. Тем более что результаты были налицо: машин в центре стало на 40% меньше. Многим лондонцам стало не по карману каждый день ездить туда на собственном транспорте, и они пересели на общественный.
Команда Ливингстона была готова к такому повороту. Прежде чем сделать центр платным, мэр увеличил число автобусов, расширил сеть маршрутов и отвел специальную полосу на дорогах для общественного транспорта и такси - частников за заезд на нее жест?ко штрафуют. Но основная нагрузка пришлась не на автобусы, а на подземку. Впрочем, мэр-реформатор предусмотрел и это. Общественный транспорт - дорогая и не очень привлекательная для инвесторов сфера. Ливингстон направил на решение проблем городской инфраструктуры транспортные сборы. Эти деньги - а, например, в 2006 году натекло 122 млн фунтов - пришлись кстати, но и этого было недостаточно. Самый старый на планете метрополитен (лондонское метро основали в 1863 году) поизносился, и городская казна тянула его с трудом. В 2002 году было принято революционное решение: подземка стала частно-муниципальной. Владеет ею по-прежнему город, но обслуживают частные сервисные компании. Программа долгосрочная и оценивать ее экономическую эффективность рано, но Ливингстон пошел правильным путем - это видно невооруженным глазом.
Кроме того, в Лондоне ужесточили правила игры. Сейчас там действует целая система оценки нарушений. Все дорожные преступления делятся на пять групп - по степени тяжести. Максимальный штраф в самой «легкой» первой группе - 200 фунтов, в «тяжкой» пятой - 5 тысяч фунтов. Столько заплатит рискнувший сесть за руль пьяным. Но за прегрешения автомобилисты расплачиваются не только деньгами - им могут начислить штрафные очки. Двенадцать очков за три года - и права отбирают на шесть месяцев.
Ливингстон не забыл и про парковки: оставить машину на улице тоже стало дорогим удовольствием - 4 фунта в час. Дорогим, но недолгим - больше двух часов подряд на одном месте стоять запрещено. За нарушение - снова штрафы и эвакуация.
Простая и жесткая программа Ливингстона сработала. А ведь до этого власти Лондона пытались обойтись полумерами: ограничивали въезд грузового транспорта, плодили парковки - ничего не помогало. Но градоначальник на этом не остановился: в 2007 году он расширил платную зону и поднял стоимость въезда?, вызвав новый всплеск недовольства. В Лондоне постоянно появляются программы, подчас весьма экстравагантные. Например, Car Sharing: чиновники предложили живущим или работающим недалеко друг от друга людям кооперироваться и пользоваться одним автомобилем. Результатов этого ноу-хау Ливингстона пока не видно - недоверчивые горожане не торопятся подвозить незнакомцев. Но победителей не судят: едва ли кто-то станет ругать человека, нашедшего управу на пробки.
Сингапур. Визит президента США Джорджа Буша в Сингапур в 2006 году вызвал в стране нешуточный ажиотаж. Из-за повышенных мер безопасности сингапурцам пришлось даже постоять в пробках - совершенно немыслимая для этого государства ситуация. А ведь когда-то и там были заторы, но правительство Сингапура разобралось с ними быстро и по-азиатски жестко. Выступив в 1990 году с антипробочной прог?раммой, оно руководствовалось простым принципом: ограничивай. Чем меньше машин, тем меньше пробок, поэтому власти, не мудрствуя лукаво, взяли продажу автомобилей под свой контроль. Желающий обзавестись машиной сначала должен купить специальную десятилетнюю лицензию на вождение: это право, а не права. Для этого надо принять участие в ежемесячном государственном аукционе, который проводится на специальном сайте, и попытаться выторговать одно из чуть более, чем десяти тысяч разрешений. Цена лота, случается, доходит до $15-20 тыс. Зато потом можно покупать автомобиль. Впрочем, это ведь аукцион - здесь может и не повезти.
В Сингапуре пошлины на импорт машин составляют 41%. Обойти закон практически невозможно - государство строго контролирует авторынок. Да и немного найдется желающих идти наперекор властям: за езду на нерастаможенной машине можно на полгода попасть в тюрьму. Но купить еще полдела - постановка на учет обойдется автовладельцу в 140% номинальной стоимости машины. Здесь даже малолитражка не каждому по карману.
Зато водитель, заплатив за автомобиль в два с половиной раза больше, чем, например, в Европе, не знает, что такое пробки. Ведь у сингапурских властей есть еще один принцип - контролируй. Все трассы страны находятся под видеонаблюдением - шанс быть непойманным стремится к нулю. Откупиться нарушителю тоже не удастся - в стране нет коррупции.
Кроме того, у Сингапура есть очевидное преимущест?во перед другими мегаполисами. Этот молодой индуст?риальный город-государство, в отличие от Москвы, проектировался и строился уже в эпоху автомобиля. Поэтому там огромное количество хайвеев, фривеев и развязок, которыми пользуются состоятельные сингапурцы в час пик.
«Умные» дороги - вот еще один секрет успеха. Все такси оснащены транспондерами - приборами, фиксирующими скорость и местонахождение машины. Параллельно с камерами, которые на трассе стоят через каждый километр, транспондеры передают информацию в единый центр управления. Хотя правильней сказать не управления, а контроля: регулировка движения полностью автоматизирована. Камеры есть на каждом автобусе и на любом светофоре. Как и в Лондоне, в Сингапуре нет очередей на платные шоссе. Каждый автомобиль оборудован специальным прибором, в который вставляется кэш-карта. На карту владелец машины начисляет деньги, и при въезде на трассу с нее списывается стоимость пользования дорогой - на въезде висит считывающее устройство. Если на балансе средств недостаточно, водителю приходит счет и штраф (чуть меньше $7). За просрочку, как и в Англии, начисляются дополнительные пени.
Перевернув с ног на голову изречение Остапа Бендера «автомобиль не роскошь, а средство передвижения», сингапурские власти лишили простых людей возможности обладать машиной. Но оставили право быстро и комфортно передвигаться по стране: в Сингапуре около 25 тысяч такси - это очень много. И поездка на них никогда не стоит больше $10: у всех частных автоперевозчиков единая тарифная сетка.
Для разруливания незначительных заторов сингапурскому правительству хватает обычного планирования. Власти минимизировали эффект часа пик, внедрив для каждого госучреждения собственный график работы: чиновники выезжают из офиса в разное время и не создают заторов. Упоминать спецполосы для автобусов, заезд на которые строжайше запрещен, уже как-то даже неудобно.
Недемократичные и даже авторитарные меры принесли потрясающий результат: пробок нет, а ездить по стране легко и удобно. Правда, вот машин в Сингапуре 180 на тысячу человек - для сравнения, в Москве их 350. Эта разница и есть цена комфорта автомобилистов. Но едва ли ее заплатит страна, считающаяся демократической.
Нью-Йорк. Так же, как и в Лондоне, антипробочную кампанию Большого яблока для многих олицетворяет один человек. Это экс-градоначальник Рудольф Джулиани по прозвищу «Мэр, который укротил Нью-Йорк». Джулиани сумел сделать городские улицы не только безопасными, но и относительно свободными.
Впрочем, скептики не склонны преувеличивать достижения Джулиани. Город ему достался не в лучшем состоянии, но создавался он дальновидными людьми. Речь об архитектуре. Нью-йоркские кварталы устроены по принципу решетки: водитель всегда может объехать пробку по параллельной улице, а не петлять по узким переулкам, все дальше уезжая от пункта назначения. Второе архитектурное решение, благодаря которому Нью-Йорк не встал окончательно еще несколько десятилетий назад, - разделение движения на местное и транзитное: скоростные транзитные трассы в Большом яблоке проложены прямо над городом. Логика простая: они, как громоотводы, выводят автомобили из Нью-Йорка кратчайшим путем.
Поэтому ситуация в городе, который Джулиани получил в 1993 году, была не такой уж сложной. Мэр не сделал ничего сверхъестественного, залог его успеха? - последовательность и жесткость. Он в разы увеличил число такси и автобусов (и маршрутов), особенно в центре, отвел для них спецполосу и установил контроль? за ?расписанием. Кроме того, Джулиани развернул кампанию по пропаганде общественного транспорта среди представителей среднего класса и состоятельной прослойки. В результате ему удалось убедить привередливых ньюйоркцев: перемещаться на автобусе и метро - быстро и удобно. Сейчас в городе даже шутят, что большую часть пробок на Манхэттене создают такси.
Майкл Блумберг, пришедший на смену Джулиани в 2004 году, тоже уделяет внимание трафику. Взяв пример с Лондона, он в 2007 году ввел плату за въезд на Манхэттен: $8 за легковой транспорт и $21 за грузовой. Технологичный центр управления обошелся Нью-Йорку еще дороже, чем Лондону - в $500 млн (Блумберг сумел выбить эти деньги из федерального Министер?ства транспорта). Если этот эксперимент удастся, плату за въезд введут и в других американских мегаполисах. Да и для самого Большого яблока Манхэттен, похоже, лишь пробный шар - скорее всего, в платную зону вскоре войдут другие районы. И это несмотря на то, что ньюйоркцы скептически отнеслись к нововведению - по информации WNBC/Marist, 61% горожан (и 46% жителей Манхэттена) высказались против. Впрочем, лондонцы тоже сначала сопротивлялись.
Токио. Википедия гласит, что в Токио проживает 12,544 млн человек, или 5740 чел. на км². И хотя именно здесь родилась самая длинная в мире пробка - 112 км, даже при такой дикой плотности люди умудряются перемещаться по городу.
В начале XX века в Японии случилось страшное землетрясение и Токио пришлось отстраивать заново. Планировали город, естественно, с учетом новых по?требностей, не забывая о том, что по его улицам будут ездить автомобили.
Впрочем, современная планировка сама по себе не решает проблему пробок. Места в Японии всегда было мало, и токийские улицы не слишком широки. Мало того, до начала 1960-х годов лишь четверть из них покрывал асфальт. Примерно в это время город и стал испытывать проблемы с движением.
Одним из самых дальновидных решений стали скоростные шоссе. Первое, длиной 71 км, появилось в 1963 году. Так зародилась разветвленная система футуристических скоростных трасс и развязок, которые за неимением места в Токио развесили прямо над городом, на высоте 20-30 метров. Исходят они из разных концов мегаполиса и «протыкают» его на манер спиц. Это дает возможность автомобилистам попасть из одного удаленного района в другой, минуя центральную часть Токио, то есть без пробок. Система воздушных дорог прижилась в городе, где идет битва за каждый метр: кое-где трассы лежат в пять слоев. Что важно, хайвеи не заменяют обычные улицы, а существуют параллельно и предназначены только для езды на большие расстояния. Чтобы быстро попасть на противоположный конец мегаполиса, можно выбрать одно из восьми бесплатных скоростных колец, если времени совсем в обрез - одно из четырех платных.
Конечно, решая проблему пробок, японцы обратились к высоким технологиям. Как и в Сингапуре, вся система управления движением и сбора платежей в Токио автоматизирована. Город напичкан сенсорами и камерами, собирающими данные, которые стекают?ся в единый центр. Этой информацией пользуются не только дорожные службы, она доступна и автомобилистам. Токийская транспортная система информации и коммуникации рассылает сообщения по навигаторам, которыми оснащены большинство машин. Ну а если уж водитель не озаботился покупкой специального устройства, к его услугам ТВ-, радио- и интернет-сводки и информационные щиты на дорогах.
Но даже дисциплинированные японцы нуждаются в контроле. Нарушение правил дорожного движения, как и парковка в неположенном месте, грозит токийцу внушительным штрафом. Город патрулируют контролеры из специальных частных компаний: увидев неправильно припаркованную машину, они оставляют весточку - квитанцию об оплате штрафа. Второй квитанции уже не будет - машину эвакуируют. Такая парковка обойдется безответственному автовладельцу примерно в $250. Штрафуют даже велосипедистов, которых в Токио немало.
Агрессивная агитация по душе далеко не всем. Но к токийским чиновникам это явно не относится. ?Городские власти активно используют лозунги нехитрого содержания: биллборды и растяжки с призывами правильно парковаться и не садиться за руль в час пик. Оценить эффект этой кампании едва ли удастся, но ведь и вреда она не приносит.
Многие скептически улыбнутся, прочитав истории успеха Лондона, Нью-Йорка, Сингапура и Токио. Конечно, в этих городах пробки тоже бывают. Вот только в Москве, как уже было замечено, 350 автомобилей на тысячу жителей, а в Лондоне и Нью-Йорке - 700 и 900 соответственно. Страшно представить, что будет, если количество машин в Москве увеличится в два с половиной раза, ведь уже сейчас средняя скорость движения в столице 10-11 км/ч. А наша великолепная четверка едет, пусть и не всегда быстро.
Московские пробки
В 2002 году Всемирный банк проводил в Москве конференцию по управлению трафиком. Доклады читали лучшие мировые специалисты. Столичные власти как будто всерьез озабочены проблемой пробок и прилагают немало усилий, чтобы исправить ситуацию: строят дороги, вводят ограничения на въезд грузовиков в центр города, создают терминалы и логистические узлы. В новых районах инфраструктура уже лучше: дома оснащают парковками, чем дальше от центра, тем больше кварталы выпрямляются, приобретая, как в Нью-Йорке, форму решетки.
В Генеральном плане развития города до 2025 года предусмотрено строительство двух автомобильных хорд - на севере и на юге, четвертого кольца
(к 2013 году), 440 км метро (к 2025 году), перехватывающих парковок и стоянок в центре и т.д. Возможно, когда большие стройки закончат, на наших дорогах станет не так тесно.
Впрочем эксперты не разделяют этого оптимизма: все это косметические меры. Они уверяют, что Москва пока толком и не стояла - все еще впереди. На языке профессионалов, город «стоит», когда люди, выезжая с работы в нормальное время, не попадают домой к полуночи. А ведь уже сегодня в столице по некоторым? подсчетам 3300 автомобилей на квадратный километр (больше только в Большом яблоке), и этот показатель неуклонно растет. Но чтобы нормально ехать, на машину должно приходиться 60 кв. м. Сейчас же в Москве этот показатель не превышает 55 кв. м. Когда число автомобилей вырастет до 5 млн, им останется по 30 метров каждому - это практически коллапс.
Каждый город неповторим, и, сколько бы мы ни анализировали ситуацию в Лондоне или Нью-Йорке, у московских заторов своя специфика. Топология города, каким мы его знаем сегодня, была заложена в советские времена: кольца с расходящимися от центра дорогами-лучами (радиально-кольцевая структура). Сейчас уже ясно, что это не лучший вариант для Москвы: скажем, чтобы добраться от Сокола до Текстильщиков, автомобилисту часто приходится ехать через центр, где его уже поджидают тысячи других водителей. МКАД и третье кольцо решили проблему лишь отчасти. Современные мегаполисы, например Нью-Йорк и Сингапур, устроены по принципу квадрата или решетки (так называемая ячеистая структура кварталов) - путешествуя по городу на короткие расстояния, даже неопытный водитель быстро соображает, как объехать затор. А доехать из условного сингапурского Новогиреево в условное же Алтуфьево можно по прямым скоростным трассам, которые пронзают город, не задевая центр. Эффективность квадратного типа градостроительства подтвердили Нью-Йорк, Токио и другие мегаполисы.
Впрочем, недочеты радиально-кольцевой структуры Москвы можно было бы сгладить - благо планировали столицу со всей тщательностью. В 1960-1980-е годы трафик-инжиниринг - наука об управлении движением - переживал в СССР бурный расцвет. Профессор Валерий Бабков, возглавлявший кафедру изысканий и проектирования дорог МАДИ, дружил с самыми прогрессивными западными учеными и приглашал их выступать перед студентами. В Советском Союзе побывали гуру трафик-инжиниринга Робин Смит, Джон Адамс и многие другие. Поэтому, когда наши инженеры развивали город, они понимали, как это делать правильно. Генеральные планы того времени предусматривали зеленые зоны, подземные парковки и большое автомобильное кольцо. Хотя в СССР пробок не было, от них страховались - планировщики понимали, что рост города неудержим. До строительного бума 1990-х в Москве было много свободных пятачков: если бы количество автомобилей? росло несильно, они стали бы парками и садами, а если бы увеличивалось активно - стоянками.
Да и упущения градостроительства пытались исправить. Поняв по опыту мировых мегаполисов, что развитая система общественного транспорта - один из главных козырей в борьбе с пробками, советские инженеры в 1970-х годах заложили в планы метро несколько хордовых веток и даже успели утвердить их в Генплане и Госстрое.
Строительную активность нового времени многие посчитали за благо, но как раз ей Москва во многом и обязана заторами. Строили много и бессистемно - о последствиях никто не задумывался. Не последовали и планам советских градостроителей - метрохорд, скажем, уже не будет, их отменили. С точки зрения топологии городской сети это самоубийство.
А те самые свободные пятачки в центре, которые должны были превратиться в стоянки, по большей части застроены. Проблема в том, что логика инвестора часто идет вразрез с научной практикой. Для застройщика не возвести около метро торговый центр - значит, упустить выгоду. Наука оперирует другими ценностями: как люди будут подъезжать к объекту, который и без того загружен? Достаточно ли там машиномест? Чтобы ответить на эти вопросы, экспертом быть не нужно.
Неидеальная топология, активная застройка, плохо развитая транспортная система, дефицит дорог и парковок - вот корни московских заторов.
Но есть и еще одна проблема: не совсем понятно, кто в конечном счете в отвечает собственно за пробки. Согласно закону «О безопасности дорожного движения», организацией дорожного движения должны заниматься «должностные лица органов внутренних дел Россий?ской Федерации». То есть ГИБДД. Но для инспекторов регулировка движения - лишь одна из форм несения службы, причем не основная, их задача - выявление правонарушений на дорогах. В экстремальных ситуациях постовые вообще переходят в распоряжение УВД. Кроме того, ни в одном вузе нет специальности, напрямую связанной с управлением трафиком. Дорожными инспекторами становятся специалисты, получившие более широкое образование. Конечно, им читают лекции по организации движения, но упора на них не делают. В итоге дипломированных профессионалов в этой области у нас нет. Но даже если бы ГИБДД сосредоточила внимание на регулировании движения, это вряд ли решило бы проблему: влиять на строительные планы эта организация все равно не может.
Антипробочный план
Впрочем, даже если обстановка на дорогах и дальше будет ухудшаться, не факт, что наступит катастрофа. Город - саморегулирующаяся система. Когда на Ленинградском проспекте начались дорожные работы, автомобилисты бурно возмущались. Но в итоге все нашли выход: кто-то стал объезжать по Дмитровскому шоссе, кто-то спустился в метро.
Конечно, это не означает, что бороться с пробками не нужно. Многие мировые мегаполисы (Пекин, Шанхай, Богота) даже заказывают у консультантов стратегию управления трафиком. В Москве тоже регулярно предпринимаются попытки создать большой сводный план, но пока этот документ не увидел свет. Попробуем сами понять, в каких направлениях нужно двигаться, чтобы исправить ситуацию.
Мировой опыт показывает, что разрешить ее можно только комплексно, потому что она распадается сразу на несколько блоков: управление трафиком, общественный транспорт, городское и дорожное строительство.
Управление трафиком. Как мы уже выяснили, корень проблемы - организационный: не всегда ясно, кому принадлежит дорожное полотно, какими правилами кроме отраслевых стандартов руководствуются застройщики и регулировщики и т.д. Четко распределить между службами и ведомствами ответственность за управление движением, застройку, платежи и штрафы могли бы новые правила игры. Для начала - новый закон. Старый «О безопасности дорожного движения» образца 1995 года морально устарел.
В европейских странах роль центра управления трафиком выполняют городские министерства транспорта. По аналогии исполнительным органом, ответственным за пробки, у нас можно было бы сделать департамент транспорта. Его первым большим проектом должно стать введение платы за въезд в центр Москвы и установка там «умной» системы управления трафиком. Международный опыт показывает, что это одна из самых эффективных оперативных мер. Оцепить логичнее всего Садовое кольцо.
Центр управления помог бы избежать множества глупых проблем, например, перепробега: сейчас, чтобы добраться из точки А в точку Б, расстояние между которыми составляет 10 км, в Москве нужно проехать 15-20 км. По данным исследования, которое в 1999 году (ни до, ни после аналогичных исследований не проводилось) проводил по заказу Управления транспорта и связи Москвы Центр исследований транспортной инфраструктуры (ЦИТИ), перепробег на маршрутах перевозок составил в среднем 53%. Причина в неразвитости транспортной сети, неудобной топологии и неразумной организации дорожного движения.
Общественный транспорт. Во всем мире борьбу с пробками начинали с организации перевозок. Исследования доказывают, что эффективность функционирования мегаполиса напрямую зависит от развитости системы общественного транспорта.
С 2002 года ЦИТИ ежегодно проводит опрос жильцов нескольких старомосковских спальных районов (Черемушки, Бирюлево-Восточное и др.). Спрашивают, каким транспортом люди пользуются в течение дня. Статистика получается интересная.
В 2002 году на соб?ст?венной машине (за рулем или в качестве пассажиров) перемещалось 17% респондентов, в 2006 году - уже 20%. Но в 2007 году показатель опустился до 18%. Очевидно, из-за пробок автовладельцы стали пересаживаться? на общественный транспорт. Тенденция хорошая, но ее нужно поддержать.
Джулиани в свое время в разы увеличил число автобусов в центре города и ввел новые маршруты. Нам не помешает перенять эту мудрую стратегию и более плотно заняться развитием общественного транспорта?. МКАД есть, есть третье транспортное кольцо - но маршрутки и автобусы там редкость. После пуска отдельных участков третьего кольца власти устранили некоторые старомосковские маршруты. И это вместо того, чтобы вводить дополнительные.
В Москве респектабельные люди считают зазорным войти в метро или в автобус. В гордыне их не упрекнешь. Старая шутка о том, что один бомж на кольцевой ветке создает два дополнительных затора в год, не теряет актуальности. То же происходит и в наземном транспорте. А ведь судя по опыту мировых мегаполисов, люди, даже самые состоятельные, всегда предпочтут городской транспорт пробке - только если там их не обворуют и не перепачкают. Отсюда вывод: транспорт должен быть комфортабельным и чистым.
В Нью-Йорке и Токио простая социальная реклама рассказывает о преимуществах метро и автобусов. Ничто не мешает запустить такую же кампанию в Москве. Это тот редкий случай, когда пропаганда уместна. Тем более что городской транспорт при правильной организации действительно не хуже частного. В ноябре 2006 года ЦИТИ провел любопытное исследование. Специалисты центра попытались оценить реальную скорость пассажирских перевозок по Москве на различных видах транспорта. Целый день они ездили из условных мест проживания - пяти густонаселенных спальных районов (Бутово, Куркино, Солнцево и т.д.) на условную работу (станция метро «Спортивная») и обратно. Тестировали наиболее распространенные способы перемещения по городу: легковой личный транспорт, автобус-метро, маршрутка-метро, электричка-метро и только уличный транспорт общего пользования - автобус-троллейбус. Выяснилось, что независимо от реальных условий движения быстрее все-таки ездить на личном транспорте. Интереснее другое: вариант «маршрутка-метро» показал очень близкое к победителю время. Если пробки будут нарастать, то он скорее всего вообще вырвется вперед.
Градостроительство. Теория трафик-инжиниринга рекомендует крайне вдумчиво вести строительство в непосредственной близи от транспортных узлов. В планах московских градостроителей - торговые центры практически у всех станций метро. Это в разы увеличивает нагрузку на них. Тромбы в кровеносной системе города губительны, особенно учитывая, что с парковками и подъездными путями дела пока обстоят неважно. Недавно в Москву приезжал известный итальянский ученый - сравнивал русскую мафию с итальянской. Увидев огромный торговый центр прямо на изломе улицы с припаркованными в три ряда машинами, исследователь очень удивился. На Сицилии такие вещи не прошли бы: улицу могут контролировать две криминальные семьи, и, если одна поставит на ней «корабль», вторая не оценит - пробки помеха бизнесу.
На Западе застройщик сам подсчитывает необходимое количество парковочных мест. Потому что, построив дом с маленькой парковкой, он рискует его не продать - машины на улице ставить запрещено. Кроме того, владельцы соседних домов могут подать против него иск: цена на их недвижимость упадет, если с появлением нового здания подъездных путей и машиномест не станет больше.
Дорожное строительство. Рецепт идеальной дорожной инфраструктуры давно известен: сеть низовых дорог с медленным движением и паутина скоростных трасс над ней.
Во многих мегаполисах мира развита система хайвеев. В Москве они тоже есть: например, Сущевский вал де-юре - часть скоростного третьего кольца. Но быстрые трассы в Нью-Йорке или Токио располагаются над сетью обычных дорог, а в Москве чаще всего вместо нее. Нередко частями хайвея становятся обычные старомосковские улицы. Даже с точки зрения обычной логики это странно: жителям Сущевки приходится гулять по скоростной трассе. Ситуацию отлично иллюстрирует случай, произошедший несколько лет назад: пытаясь снизить нагрузку на третье кольцо, эксперты Всемирного банка предложили сократить число съездов с него - ведь это же скоростная трасса. Российские инженеры возразили: если это сделать, Москва вообще встанет - альтернативы третьему кольцу нет.
Конструируя дороги, необходимо учитывать их функциональное назначение. Хайвеи и развязки надо строить в дополнение к обычным улицам, а не вместо них - только так можно облегчить движение и разгрузить город. Впрочем, в Генплане до 2025 года скоростных трасс в классическом понимании нет - они портят исторический облик города.
7. Экономические аспекты решения проблемы дорожных пробок
Дорожные пробки стали актуальными проблемами в больших городах мира. В дорожных пробках приходится стоять часами. Решение этой проблемы — задача стратегическая.
А каков зарубежный опыт в этой сфере?
Например, в Лондоне введены жесткие правила относительно въезда автомобилей в центр города. Установлены высокие тарифы на парковки.
В Нью-Йорке в качестве «лекарства» от дорожных заторов также используются финансовые сборы с автомобилистов.
Сингапур пошел по пути создания, если можно так назвать, "умных дорог". Машины оснащаются приборами, которые передают информацию об их скорости и местонахождении в единый центр управления, который автоматически регулирует движение.
В Китае для ликвидации пробок правительство приняло ряд комплексных мер. Введены ограничения на передвижение по последней цифре номерного знака автомобиля. В один из дней недели машинам с определенным номером запрещено выезжать на дороги. В Пекине ограничен въезд машин из других регионов. Эти ограничения действуют в часы пик с 7 до 9 утра и с 17 до 20 часов ежедневно кроме праздничных и выходных дней.
Иногда предлагаются и оригинальные проекты. Так в Китае одна из компаний предлагает использовать «трехмерный скоростной общественный транспорт». Проще говоря - двухуровневый автобус, верхняя часть которого предназначается для перевозки пассажиров, а нижняя представляет собой арку для проезда автомобилей. Такой автобус достигает в высоту 4.5 метров, в ширину — 6 метров. Для передвижения автомобилей снизу предусмотрен тоннель высотой около 2 метров. Автобус должен приводится в движение за счет энергии солнца.
Рис. 1. Наземная магистраль. США.
Рис. 2. Подземная магистраль. Москва.
Рис. 3. Эстакады над наземной магистралью. США.
Одной из самых актуальных проблем в мире является проблема чрезвычайно низкой пропускной способности магистралей и соответственно проблема возникающих во всех городах мира транспортных пробок и заторов. До сих пор решения этой проблемы нет. Вместе с тем подобная ситуация приводит к катастрофическому положению воздушной среды в городах. К тому же число автомобилей каждый год растет более быстрыми темпами, чем протяженность и пропускная способность магистралей (рис.1). В значительной степени поэтому во всех крупных городах и на перегруженных трассах возникают пробки и заторы, особенно в часы пик, несмотря на всевозможные ухищрения, которые от бессилия свелись сейчас к применению в основном различных ограничений (Стокгольм, Сингапур, Париж, Лондон, Мадрид и т.п.). Очевидно, что свободное движение по магистралям при все возрастающем количестве автомобилей, может быть организовано только путем повышения пропускной способности магистралей многократно. Специалисты-транспортники не знают, как это сделать. Но делать что-то надо. И они по инерции используют имеющиеся в их распоряжении средства. В результате колоссальные деньги вбухиваются в заведомо неэффективные проекты, типа подземных трасс (рис.2), всяких дополнительных колец, дорог, эстакад (рис.3) и т.п., что увеличивает пропускную способность за год всего лишь на 2-3%. Делается это, вероятно, для того чтобы показать хотя бы видимость работы и как-то отчитаться. Мол, делаем все возможное.
Однако оказывается, что решение есть. Это - надземные магистрали-эстакады с переездами между этажами с пропускной способностью в десять и более раз больше, чем у наземных магистралей. Они могут быть установлены, по крайней мере, в самых болезненных местах - въезд-выезд в городах - уже через год-два, если наладить производство типовых секций магистралей-эстакад. То есть проблема может быть решена максимально просто, дешево и эффективно путем монтажа в течение нескольких месяцев металлических легких закрытых магистралей-эстакад из типовых секций (с применением современных композитных материалов) в несколько этажей с переездами для легковых автомобилей (90% всех автомобилей) с этажа на этаж (ноу-хау) для наиболее плотной их упаковки по всем этажам и с нейтрализацией выхлопа внутри конструкции. Ресурс конструкции – более 100 лет, так как высококачественные полосы движения изолированы от воздействия окружающей среды, в отличие от наземных трасс. Вместе с тем конструкции могут быть быстро собраны, разобраны для переноса в другое место или увеличены (уменьшены) в высоту в зависимости от обстановки. А главное с экономической точки зрения – это себестоимость 1км этой магистрали, она в несколько раз ниже аналогичной по числу полос движения обычной наземной магистрали.
Это техническое решение запатентовано в РФ и его можно запатентовать в ближайшие 2 года в любых странах мира, благодаря наличию международной заявки (патенты РФ №№ 2380473, 2380474, международная заявка РСТ /RU 2009/000661).
Такая конструкция позволяет пропускать по всем своим этажам одновременно десятки тысяч легковых автомобилей в час. В ней предусмотрены оригинальные внутренние переезды (и внешние) автомобилей с этажа на этаж без остановки со скоростью 40-90км/час. И при полной упаковке автомобилями, например, 4-этажной двусторонней эстакады-магистрали, пропускная способность всех ее действующих полос движения составит около 40 000 автомобилей в час.
С учетом того, что ущерб от автомобильных пробок только в Москве за год составляет $1,5 млрд., Подмосковье - $4 млрд. за год, а в США – порядка $80 млрд. за год, проблема стоит того, чтобы рассмотреть возможности скорейшей реализации этой простой, надежной и эффективной формы дорожных сооружений. Тем более, что вредный выхлоп от легковых автомобилей (90% всего парка автомобилей), для которых наиболее целесообразно использовать закрытые объемные магистрали-эстакады (наиболее дешевый компактный и надежный вариант), нейтрализуется в объеме эстакад соответствующими очищающими установками и не выходит, как и шум, наружу.
Отсутствие подобной разработки в других странах делает этот проект мировым, а его реализация переводит Россию в лидеры дорожного строительства и предоставляет ей возможность за счет строительства этих новых дорожных сооружений по всем странам мира, а также за счет продажи лицензий получать десятки миллиардов долларов ежегодно. Этот проект подкрепляется и тем, что Россия является одним из ведущих в мире производителей металлопроката, на основе которого изготавливаются секции магистралей-эстакад.
В Москве действует автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД). Тем не менее, отметим, что обстановка для эксплуатации транспортных средств крайне неблагоприятна. С 6 часов утра и до 10 часов вечера непрерывно возникают на магистралях дорожные заторы и пробки. Средняя скорость движения по городу 10-15 км/час, а в часы пик средняя скорость движения снижается до 5-7 км/час. Горожане ежедневно вынуждены пользоваться транспортными средствами до 4-х часов продуктивного времени.
По мнению аналитиков в 2010 году движение на дорогах Москвы окончательно встанет. Специалисты подсчитали: час затора одной машины обходится в 300 руб. И с каждым днем все дороже. Всего же горожане ежедневно теряют из-за транспортного паралича до 500 млн. руб. Это только наши прямые потери из-за того, что «стоя», мы ничего не делаем и при этом жжем дорогой бензин. К тому же и городской, и федеральный бюджеты тратят миллиарды, которые, по сути, мало помогают решить проблему. По общей длине пробок, зафиксированных одновременно, Москва обошла Голландию (500 км) и близка к тому, чтобы обогнать мирового лидера – бразильский мегаполис Сан-Паулу (835 км). Еще большие деньги нужны на расшивку «узких мест», которые возникают из-за задержки с реконструкцией транспортной системы и ее неправильным планированием. Так, стоимость лишь первого участка четвертого кольца (менее 4 км) достигает 66 млрд. руб. На необходимую реконструкцию железнодорожных путей, которые занимают бесценные столичные площади, федеральному бюджету пришлось выделить 1,2 трлн. руб. Для 8% россиян транспортная проблема является самой важной», – рассказала специалист международной исследовательской компании GfK Ольга Сигунова. Нам, конечно, далеко до Голландии, где пробки являются главной национально проблемой для 33% граждан. Однако темпы роста обеспокоенности впечатляют. В 2005 году эта проблема волновала лишь 1% россиян, в 2006 году – 3%, а в 2007-м – уже 6%. Уже сейчас транспортная политика властей тревожит граждан больше, чем экология, преступность, мигранты и деятельность правительства.
В Москве на 2009–2014 годы запланирован ввод только 20 станций метро, на что столичные власти недавно попросили у федерального правительства 1 трлн. руб. При этом о второй окружной линии, похоже, забыли. Введение спецполос для автобусов запланировано только на Волоколамском шоссе, Ленинском и Ленинградском проспектах в качестве эксперимента. Считается специалистами, что если строить под автобусы новые полосы, то это хорошая идея. Если же отбирать существующие, то это лишь увеличит пробки.
Главный государственный инспектор безопасности дорожного движения РФ Виктор Кирьянов 14 января 2010г. сообщил, что ущерб от автомобильных пробок в Москве составляет в год 40 млрд. руб. По его словам, соответствующие подсчеты проводились впервые.
Столь же неблагоприятные условия образуются и на магистралях ближайшего Подмосковья, особенно в летний период. Наиболее узким местом сегодня является суммарная пропускная способность радиальных магистралей для общения с Подмосковьем. Она является очень низкой. Сегодня эта пропускная способность в сумме – не более 20-25 тысяч автомобилей в час, а потребность, по нашим оценкам, составляет не менее 400 тысяч автомобилей в час. То есть пропускная способность радиальных магистралей должна быть увеличена не менее чем в 10 раз. Пропускная способность магистралей не может быть увеличена традиционными способами в 10 раз путем строительства новых магистралей, либо расширения в 10 раз их проезжей части. Это является нереальным ни экономически, ни практически.
Ежегодные экономические потери Московской области от автомобильных пробок и ДТП по данным на февраль 2010 г. составляют около 120 млрд. рублей. Каждый день на столичных дорогах погибают 5 человек, еще 38 - получают травмы. Одна из главных причин, которая провоцирует ДТП и пробки - маленькая пропуская способность дорог. Парк транспортных средств за последние пять лет увеличился на 42%, только в прошлом году рост составил два процента. Сейчас на учете в области стоят 2,5 миллиона автомобилей.
На улицы Киева выезжает 1 млн. автомобилей, которые больше стоят, чем едут, но транспортные проблемы фактически никто не решает. Есть много хороший идей, как все обустроить, однако до их воплощения у киевских властей руки не доходят. Дело пока ограничивается экспериментами. Примерно полгода назад часть улиц в центре перевели на одностороннее движение, однако, по словам водителей, это абсолютно не решило проблему заторов. Кроме того, Киевсовет заявил о намерении ограничить въезд легковых автомобилей в столицу. Соответствующий проект решения уже был рассмотрен на заседании постоянной городской комиссии по вопросам бюджета и социально-экономического развития. Предлагается ограничить движение легковушек, не зарегистрированных в Киеве, на основных въездах в город. Планируется, что въехать в столицу иногородним машинам можно будет только за деньги, в частности, тариф для легковых авто составит 1 доллар США.
Пробки – неприятная, но неизбежная примета европейских будней. Принимая их за данность, люди умножают время в дороге на два, если выезжают из дома с 8 до 9 утра. И не ленятся узнавать в Интернете о текущих ремонтах дорог. Власти Брюсселя бьются над переводом части пассажиропотока на общественный транспорт. Бургомистр Фредди Тилеманс определил вектор этой борьбы: сделать общественный транспорт привлекательным и удобным, чтобы он мог конкурировать с личным автомобилем.
В Берлине, как утверждает «Служба организации движения» проблема пробок возникает лишь вблизи стройплощадок и во время массовых мероприятий, а также в часы пик, но в ослабленном виде, так как часы пик в Берлине размыты. Кроме того, в Берлине очень сильно развит общественный транспорт и машин по сравнению с другими городами мало: на 1000 жителей приходится всего 350, а в других городах - 600.
Инженер-исследователь из Техасского транспортного института при Университете "Эй энд Эм" Тимоти Ломакс - главный американский специалист по автомобильным "пробкам". Он составляет ежегодные доклады по борьбе с заторами на американских автодорогах. По словам Ломакса. Институт рассматривает ситуацию в 85 основных городах страны с пригородами. В стране в "пробках" ежегодно теряется примерно 4,2 млрд. часов. Для среднестатистического водителя, ездящего в часы "пик", это означает 38 лишних часов за рулем. При этом дополнительно сжигается около 100 литров бензина. В целом материальные потери от заторов на дорогах составляют около 710 долларов на человека в год.За время стояния в пробках попусту теряется около 11 миллиардов литров горючего. С учетом потерь времени убытки оцениваются в 78 миллиардов долларов в год. Но реальная сумма скорее всего еще больше.
Хуже всего дела обстоят в Лос-Анджелесе. Там водители проводят в "пробках" в среднем по 72 часа в год. Но положение ухудшается повсюду. Институт предлагает способы решения этой проблемы на протяжении 15 лет. Но панацеи не существует. За счет одного какого-то проекта, одной технологии проблему, как правило, не решить. Во всяком случае в больших и растущих городах - как тот же Лос-Анджелес, Сан-Франциско, Майами - нужен целый набор разных решений.
Среди вариантов решения проблемы - увеличение пропускной способности автодорог. Можно также с предельной эффективностью использовать имеющуюся инфраструктуру за счет современных технологий. Сюда же относится весь круг вопросов об оптимальных ценах на проезд на общественном транспорте, использовании платных дорог и т.п. В принципе транспорт должен быть таким же "отзывчивым" на запросы потребителей, как и сфера услуг. Весьма полезен опыт разъездных бригад технической помощи для реагирования на ДТП. Это и "технички", и "эвакуаторы". Если наладить такое "быстрое реагирование", оно реально помогает снизить загруженность дорог. Национальный научный фонд США поддерживает проекты, позволяющие не только отслеживать обстановку на дорогах в режиме реального времени, но и заранее "прогнозировать" транспортную ситуацию. Такие системы предупреждают водителей, как правильнее спланировать поездку. Все это - часть национальной программы "рациональной транспортной системы" Америки.
2. Способы повышения эффективности дорожного движения в различных городах и странах мира.
Проблема пробок остро стоит во многих странах мира, а попытки ее разрешить многочисленны и разнообразны.
Во многих странах Европы и в Японии созданы системы слежения за состоянием дорог, которые передают сведения о загруженных и свободных путях прямо на приборную доску автомобиля. Водитель может видеть "узкие места" и пытаться объехать их. Японская фирма "Хонда" даже снабдила 150 тысяч автомобилей, принадлежащих членам клуба любителей этой марки, системой спутниковой навигации, которая передает на центральный компьютер сведения о положении каждой машины и о цели поездки. А он, зная общее положение на дорогах, подбирает самый свободный маршрут персонально каждому автоводителю. Эти системы основаны на датчиках, установленных под дорожным полотном или у обочины, а также и на простом наблюдении с полицейских вертолетов и наземных постов. Английская фирма ITIS экспериментирует с системой определения загруженности дороги по сигналам сотовых телефонов. Такой телефон имеется сейчас практически в каждой машине, а то и не один - по числу пассажиров. Поскольку базовые станции сотовой телефонии следят за местонахождением каждого мобильного аппарата и обмениваются с ним кратковременными сигналами, даже когда он не занят разговором, по приборам сотовой сети можно определить, где концентрация телефонов высока, а где мала. Что говорит об интенсивности движения в данном районе - особенно если каким-то образом отсеять данные о телефонах, которые находятся в карманах велосипедистов и пешеходов. Сейчас фирма работает над этой проблемой.
В городе Редмонд (США) известная фирма "Майкрософт" создала систему прогнозирования пробок, похожую на метеобюро. По телефону или через Интернет перед выездом из дома водитель может обратиться в эту службу, указать цель поездки и время выезда и получить прогноз состояния интересующих его трасс. Указываются вероятные места пробок. Для прогноза используются как данные о количестве машин, поступающие в реальном времени, так и "исторические" сведения - где и какие пробки были на каждой дороге в прошлые годы. Учитываются и погода, и календарь выходных и праздничных дней, и даже массовые мероприятия вроде спортивных матчей, митингов и ярмарок. Прогнозами ежедневно пользуются 3000 сотрудников "Майкрософта", и точность предсказаний достигает 75%.
Несколько дальше пошли в Калифорнии, где подобная система еще и подсказывает водителю по Интернету или с помощью СМС-сообщений, как доехать до нужного места без стояния в заторах. А в городе Сакраменто с лета 2005 года местный телеканал дает с помощью этой службы прогнозы состояния дорог на будущую неделю наряду с прогнозом погоды.
Несколько групп исследователей в Германии и США считают, что бороться с дорожными пробками можно на уровне отдельной машины. Во многих современных автомобилях имеется функция так называемого круиз-контроля. Конструкторы уже несколько лет назад смогли усовершенствовать круиз-контроль, добавив к нему радар, который следит за расстоянием до предыдущего автомобиля в дорожном потоке. Если расстояние становится опасно малым для данной скорости, она снижается. Подсчитано, что, если бы все машины на дорогах США были оборудованы этим так называемым адаптивным, или активным, круиз-контролем, число ежегодных столкновений на дорогах страны уменьшилось бы на 12 000. У адаптивного круиз-контроля есть дополнительный эффект: его применение делает движение потока машин плавным. Там, где человек резко останавливает машину, ударяя по тормозам, автомат снижает скорость постепенно и до точно рассчитанного предела. Компьютерная модель показала, что достаточно снабдить адаптивным круиз-контролем 20% автомобилей, чтобы полностью устранить некоторые типы пробок. И даже если только 13% машин будут иметь эту систему, положение существенно улучшится. Пока круиз-контроль с радаром имеется в основном на дорогих и представительских моделях, но уже начинает появляться на автомобилях среднего класса.
Для решения транспортных проблем, особенно крупных городов, предусматривается строительство сети внеуличных скоростных магистралей, выполняющих основную транспортную работу по связи города с пригородной сетью дорог и обеспечению основного объема перевозок по территории города, а также позволяющих «обходить» территории с высоким уровнем загрузки движения. Указанные проблемы решаются также за счет разукрупнения коммунально-складских и производственных зон. Одним из путей решения соответствующих проблем является строительство объездов городов, позволяющих исключить транзитное движение транспорта.
Во многих странах проводятся и организационные меры борьбы с пробками. Одним из вариантов является установление платы за стоянку транспортных средств в центре города и устройство перехватывающих стоянок рядом со станциями метрополитена, крупными остановочными пунктами общественного транспорта, например, в Лондоне. А в Стокгольме с помощью американской фирмы IBM такая система автоматизирована. Водитель может установить на своей машине "радиометку", которая при въезде в центр сообщит о себе одной из 16 станций контроля, окружающих центр города. Плата списывается с банковского счета водителя. Автомобили, не снабженные "радиометкой", учитываются видеокамерами с программой распознавания регистрационных номеров.
В борьбе с пробками, особенно в крупных городах, применяют различные методы. Наиболее характерными из которых являются следующие:
Существенно изменить дорожную ситуацию в городах можно на основе применения современных методов организации движения транспорта и пешеходов, позволяющих повысить эффективность функционирования дорожно-транспортной системы. Качественная организация движения транспортных средств на улицах и дорогах позволяет во многих случаях создать необходимые условия для бесперебойной перевозки пассажиров и грузов.
Ограничение доступа транспортных средств на определенные территории города, введение жилых и пешеходных зон, запрет или ограничение движения грузового транспорта, зональные ограничения скорости, реверсивное регулирование движения, адаптивное сетевое управление транспортными и пешеходными потоками с использованием автоматизированных систем управления движением, информационное обеспечение участников движения – все эти методы и технические средства организации дорожного движения, применяемые на практике, недостаточно гибко реагируют на состояние дорожного движения.
Почти бесшумный и кондиционированный трамвай соединил паркинги-ловушки на южной и северной окраинах Брюсселя через центр. Маршрут проходит в основном по выделенной полосе или под землей. По «выделенкам» ходят также автобусы и такси. На тесных улицах европейского города трудно выделять полосы, но это делается везде, где можно. Дорожки для велосипедов обустроить легче, и многие, даже обеспеченные горожане все больше предпочитают этот вид транспорта. Бургомистрам и мэрам снятся лавры Амстердама, где велосипед чуть ли не основное средство передвижения. Но многое зависит от традиции. Если в северной части Бельгии двухколесное средство передвижения легко приживается в транспортном потоке, то в Брюсселе ему труднее. А в Париже власти, совершенно обескураженные пробками, по всему городу создали десятки пунктов автоматической аренды велосипедов с помощью кредитной карты. Но убежденный автомобилист непреклонен, он готов стоять в пробках ради свободы, которую дает руль.
Еще одна европейская транспортная идея – «город без светофора». Ее воплощение в своем родном Драхтене (север Нидерландов) было продемонстрировано знаменитым инженером дорожного движения Хансом Мондерманом. Эта идея в Старом Свете внедряется, но опыт показал, что она работает либо в небольших населенных пунктах, либо в жилых и торговых кварталах мегаполисов, где пешеход «главнее» водителя. В Брюсселе многие перекрестки тоже переделаны в площади с круговым движением. Но есть предел интенсивности, после которого не обойтись без светофора.
Что касается внедрения автоматизированных систем управления дорожным движением, то это позволяет снизить задержки в движении транспорта всего лишь на 20-25%, сократить время поездки на 10-15% и уменьшить вредные выбросы на 5-10%.
Однако реальные успехи в борьбе с пробками показывают только те города, которые развивают общественный транспорт. У этого факта есть теоретическое объяснение – теорема Даунса. Ход размышлений американского экономиста Энтони Даунса таков: если в плотно застроенном городе машины более-менее доступны среднему классу, то сколько бы вы ни построили дорог и развязок, рано или поздно они все равно будут забиты. Как только обеспеченный человек видит, что пробок стало поменьше благодаря новому шоссе, он почти сразу пересаживается с метро или трамвая на собственное авто. И, наоборот, если благодаря новым веткам метро добираться на работу стало заметно быстрее, горожанин оставляет «железного коня» в гараже, разгружая трафик. Так, в признанном рекордсмене по борьбе с пробками, бразильском городе Куритиба автобусы по длине могут соперничать с некоторыми поездами метро, для них выделены специальные полосы, и водитель может включать себе зеленый на светофоре прямо из кабины.
Приведем еще некоторые примеры по конкретным странам и городам.
Южная Корея.
В целом всю стратегию местных властей Южной Кореи по борьбе с чрезмерной загруженностью дорог можно разделить на три взаимосвязанных блока. Во-первых, это меры, которые призваны стимулировать отказ от пользования личными автомобилями в пользу общественного транспорта. Во-вторых, создание эффективной инфраструктуры дорог для быстрого передвижения тех, кто все же пренебрег советами и сел за руль личного авто. В-третьих, разработка системы доступной каждому автомобилисту информации о ситуации на дорогах, которая позволяет объехать "пробки".
Уровень жизни в Южной Корее достаточно высок, и практически каждая семья имеет автомобиль, а часто несколько. Но при этом власти делают все для того, чтобы предоставить людям более выгодную альтернативу в виде общественного транспорта. Так, в Сеуле, где, включая пригороды, живет около трети населения страны, практически до любой точки можно добраться на метро. Станций настолько много, что всегда в центре в радиусе сотни-другой метров от любого места будет вход в подземку. Кроме того, метро соединено с пригородными электричками, так что добраться до центра легко и из отдаленных пригородов. Автобусных маршрутов также хватает, включая так называемые деревенские автобусы, которые ходят по самым глухим закоулкам. Что важно: ходят они регулярно и часто. Кроме того, для автобусов отведены отдельные полосы - это позволяет им с ветерком "пролетать" даже в самые напряженные часы "пик", когда автомобили передвигаются, как говорят корейцы, "шагом черепахи". Перед глазами водителей на информационных табло немым укором висят призывы в стиле: "Экономия энергоносителей - вклад в развитие экономики страны. Пользуйтесь общественным транспортом!". К тем, кто едет на автобусе или в метро, обращены ободряющие плакаты: "Спасибо! Вы прекрасны тем, что пользуетесь общественным транспортом!" А если житель Южной Кореи заявит, что добровольно раз в неделю будет отказываться от автомобиля, то на его "железного коня" прилепят наклейку, которая позволит ему получать скидку при пользовании парковками и проезде через некоторые платные тоннели. Но парк машин в стране неизбежно растет. В стране постоянно сооружают все новые многоэтажные развязки, разгрузочные экспресс-шоссе, идущие над общим потоком и позволяющие быстро добраться из одного конца города в другой. По свидетельству многих иностранцев, автодороги в Южной Кореи отличного качества, ну а ремонтировать их стараются в основном ночью, чтобы не создавать тех же пробок. Когда полностью избежать пробок в час "пик" не удается, для дорожных служб главная задача недопустить разрастания затора. Для этого предусмотрена сеть информационных табло. Они бывают двух типов. На первом обычно указывается ситуация на той трассе, по которой вы двигаетесь, и на прилегающих к ней дорогах с обозначением времени, которое, по подсчету компьютера, потребуется автомобилю для того, чтобы добраться до основных объектов по ходу движения. При этом указываются рекомендуемые маршруты для объезда пробок. На информационном табло второго вида просто схематично показаны дороги с развилками и степень их загруженности. Особой популярностью стали пользоваться навигационные устройства, на которых через спутник отражается информация о ситуации на дорогах, и предлагаются оптимальные варианты движения к цели. А местное "Авторадио" вещает круглые сутки на двух языках: на корейском и, для удобства иностранцев, на английском.
Нью-Йорк.
В двух самых крупных автомобильных державах Нью-Йорке и Токио нет тяжелого для современного мегаполиса багажа — исторической застройки. Экономическая столица Соединенных Штатов молода, а Токио практически полностью был разрушен землетрясением в начале прошлого века. Большинство методов борьбы с пробками— платные парковки, платные дороги и тоннели — применяются в этих городах уже давно. Но самое главное — их изначальная приспособленность к автомобильному движению.
Нью-Йорк – первый в мире город, который ощутил на себе всю тяжесть автомобильных пробок. Нью-Йорк молод и не отягощен застройками, имеющими значительную историческую ценность. В тот момент, когда количество автомобилей стало неуклонно расти, город начали перестраивать и регулярно перестраивают до сих пор.
Нью-Йорк славится квадратной планировкой, при которой у водителя всегда есть возможность объехать пробку по параллельной улице. Простое расширение улиц - бессмысленная трата времени и денег. Бесполезная затея была остановлена, а взамен нее над дорогами начали прокладывать транзитные магистрали, позволяющие быстро покинуть город. Разделение движения на местное и транзитное значительно разгрузило улицы. Над старыми дорогами начали прокладывать по эстакадам транзитные магистрали, выводящие машины из городов. Городу была оказана значительная помощь.
Вашингтон.
В Вашингтоне способ борьбы с пробками прост: одна или несколько полос посередине дороги меняют свое направление в зависимости от загруженности в часы утреннего и вечернего графика. Так, в утренние часы дорога расширяется по направлению к центру, а вечером – в противоположную сторону. Кроме того, в часы пик изменяются некоторые правила движения, например, запрещается поворот налево. Со временем регулировка движения распространилась по всей Северной Америке и Австралии, изредка встречается в Европе. Чаще всего реверсивные полосы делают в узких местах дороги, не поддающихся расширению, — на мостах и в тоннелях, но есть и многокилометровые автобаны, на которых утром и вечером машины едут в разных направлениях.
Технически реверсивные полосы устраивают несколькими способами. Самый простой — реверсированные полосы обозначают специальной дорожной разметкой, а над ними вывешивают светофоры, разрешающие или запрещающие въезд на полосу в соответствующее время. В качестве альтернативы используют разные виды барьеров, которые меняет дорожная служба. Иногда барьеры строятся стационарно, а контролируются только въезды и выезды на полосы.
Штраф за выезд на реверсивную полосу в Вашингтоне — $100. К тому же все дороги увешаны камерами наблюдения.
Реверсивные полосы при их продуманном устройстве хорошо помогают справиться с пиковыми нагрузками на дороги. Единственный минус — безопасность.
Лос-Анджелес.
Движение Carpool зародилось стихийно — через объявления в газетах люди находили компанию для путешествий, чтобы сэкономить на горючем и дорожных сборах. Особенной популярностью такие совместные поездки пользовались в США и Австралии, где путешественникам нужно покрывать огромные расстояния. С появлением интернета движение получило второе дыхание. В последние годы власти Соединенных Штатов увидели в этом способ регулировки дорожного трафика и призывают соседей и коллег по офису использовать совместно одну машину для поездок на работу. Для легковых автомобилей с загрузкой больше одного человека выделяют особые полосы движения, позволяющие объезжать дорожные заторы в часы пик.
Способ имеет ограниченное применение — компании пассажиров с трудом складываются и легко рассыпаются. Но популярность этого способа передвижения постепенно растет и прогнозировать его результаты пока никто не берется.
Сингапур.
Борьба с дорожными пробками, принятый Сингапуре метод, считается самым эффективным, в то же время этот положительный опыт никто повторять не намерен. Стратегия следующая: во-первых, максимально ограничить число продаваемых автомобилей, во-вторых, в десятки раз поднять на них цены.
Для начала жители Сингапура на специальном аукционе (проводится в интернете — на сайте уполномоченной государственной структуры) за приличные деньги покупают (пытаются купить) квоту на использование соответствующего транспортного средства в течение 10 лет. Число квот, как и число автомобилей строго ограничено. Ежемесячно на аукционе разыгрывается 12 000—13 000 разрешений. Сейчас средняя цена квоты на легковушку составляет $7 800, но в 1997 году, до кризиса, цена квоты доходила до $39 000. Затем будущий автомобилист оплачивает ввозную пошлину, которая составляет 41% от стоимости. Тогда сбор за первую постановку на учет автомобиля, независимо от его возраста и происхождения, составляет 140% от рыночной стоимости машины. После этого и взвинченные до небес дорожные налоги, и платные дороги, и внушительные штрафы покажутся сущим пустяком. Результат очевиден - в Сингапуре пробок нет.
В городе действует электронная система оплаты проезда по некоторым скоростным дорогам-фривеям во время пиковых нагрузок утром и вечером. Над въездами на эти участки стоят арки с сенсорами. Каждый автомобиль обязан иметь устройство под специальную смарт-карту, на которую водитель заранее кладет деньги. Иностранные автомобилисты обязаны арендовать прибор и купить карту при въезде на территорию Сингапура. При проезде под аркой с карты автоматически списывается стоимость пользования дорогой ($0,30—1,30). Если машина проскочила под аркой, не оплатив дорожный сбор (недостаточно денег на смарт-карте), ее задний номер фотографируется и отправляется в вычислительный центр. Там его распознает компьютерная программа, и нарушителю отправляется требование об оплате плюс штраф — $6,50. Если оплаты не последовало в течение 28 дней, штраф увеличивается до $46.
Сделав автомобиль недоступным для многих жителей Сингапура, власти позаботились об общественном транспорте: метрополитен и автобусы в Сингапуре очень удобны и работают без перебоев. Лучшая же замена личному автомобилю — дешевое такси. Поездка обходится в сумму от $2 до 7. Единственное, что в выходные на посадку в такси возле супермаркетов образуются очереди. Здесь придуман обходной маневр: можно вызвать машину по телефону, заказ обходится всего лишь в лишний доллар.
При таких финансовых нагрузках машину себе могут позволить только очень состоятельные люди. Автопарк города растет строго запрограммированно — на 3% в год. При довольно активном дорожном строительстве и применении других мер борьбы с заторами (например, госучреждения начинают работать в разное время, чтобы служащие не выезжали на улицы одновременно) властям удается справляться с трафиком. Сингапур считается одним из самых благополучных мегаполисов в смысле уличного движения.
Токио.
В японской столице нет четкой планировки, улицы изгибаются под немыслимыми углами, а небоскребы вырастают порой в самых неожиданных местах. Японцы, следуя своей идеологии постоянных улучшений, ничего экзотического не изобретали. Они просто методично строили дороги, затем – развязки. Когда на Земле не осталось места дороги стали проходить прямо по воздуху, вторым этажом. Сейчас территорию центра Токио дороги покрывают порой в пять слоев (многоуровневые дороги).
В конце концов, после того как они охватили все построенное спутниковой навигацией, системами регулирования движения, совместили дороги с местными и региональными скоростными автобанами, им ничего не осталось, как начать делать как можно более комфортные автомобили, чтобы стоять в них в пробках.
Лондон.
В Лондоне существует платный въезд на улицы исторического центра города, включающий несколько районов: Сити, Вест-Энд, Вестминстер и Сохо. Если машина въехала, выехала или двигалась по будням с 7.00 до 18.30 внутри зоны, ее владелец должен до 22.00 оплатить ежедневный сбор, составляющий £8 ($15,70). Автобусы, микроавтобусы с лицензиями, мотоциклы, такси, велосипеды, машины аварийных служб и автомобили, работающие на альтернативных видах топлива, освобождены от оплаты. Жители зоны (136 000 человек) платят 10% от тарифа. Сбор составляет примерно 10 евро по рабочим дням и оплачивается либо через кассы магазинов, либо по телефону, либо с помощью Интернета и SMS-сообщений.
Передвижения в платной зоне контролируют 230 видеокамер: 180 стационарных на въездах и выездах, остальные установлены на крышах спецмашин, расставленных внутри «платного кольца», таким образом, уйти от уплаты невозможно.
Изображение передается в центр обработки, где компьютер распознает номера и составляет списки «посетителей». По истечении платежного срока компьютерная программа отсеивает неплательщиков. Если деньги не внесены до 22.00 в день поездки, оплата повышается до £10 ($19,60), если не уплачены до полуночи следующего дня, владельцу машины отправляется по почте штраф — £50 ($98).
По официальным отчетам транспортного ведомства Лондона сейчас количество машин в центре уменьшилось на 10—15%, при этом нагрузка на метро и другой общественный транспорт существенно не увеличилась.
Эта система отрицательно сказывается на торговле и некоторых других областях социальной жизни, но количество машин в центре заметно снизилось. Сейчас опыт Лондона постепенно перенимают остальные европейские столицы.
Кроме того, правительство страны сообщило о своих планах позволить автомобилистам ездить по обочине на перегруженных участках трасс во избежание пробок. Данная схема может быть принята после тестирования, проведенного на автотрассе 42 возле Бирмингема, где обочина была использована как дополнительная трасса, а предельная скорость была снижена до 50 миль в час. Схема будет применяться для ряда трасс Англии, в том числе M1, M6, M62, M27, M4, M5, а также M20 и M3. Использование обочин для передвижения транспортных средств успешно практикуется в некоторых европейских странах, в том числе Германии и Нидерландах.
Швейцария.
В середине прошлого века в Швейцарии зародилась система, при которой парк автомобилей находится в совместном пользовании сразу нескольких водителей. Зачем каждому по машине, если одному она нужна только для того, чтобы добираться до работы, другой намерен ездить в течение дня, а третьему она необходима исключительно на выходных. Водители платят аренду, а автомобилем при этом распоряжается частный или государственный хозяин, который составляет график и распределяет время использования между своими клиентами в зависимости от их потребностей и обслуживает машину. Благодаря этому снижается количество автомобилей, в том числе и бесполезно припаркованных на улицах. Этот сервис наиболее популярен среди молодежи, которой накладно содержать собственный автомобиль и в то же время несложно в случае чего без него обойтись. Сейчас совместное пользование автомобилем распространено более, чем в шестистах городах мира.
В различных формах система применяется уже более полувека, но в последнее время, благодаря информационным технологиям она получает все большее распространение. Сейчас во всем мире насчитывается около двухсот операторов, которые предоставляют подобные услуги в шестистах городах мира.
Этот способ оказывает мало влияния на сами пробки, скорее существенно уменьшает количество припаркованных на улицах автомобилей. Финансовые проблемы компании, которая существует только благодаря поддержке DaimlerChrysler, свидетельствуют, что время коллективной собственности на автомобили еще не пришло.
Германия.
В Германии выработана следующая стратегия по борьбе с дорожными пробками: рабочий день начинать ранним утром и заканчивать в районе 14 ч., что позволяет смещать час "пик".
Также для борьбы с пробками поставили светофоры, имеющие несколько программ работы, которые автоматически переключаются в зависимости от времени суток (утренний, дневной, вечерний, а многие имеют и ночной режимы). Светофор устроен так, что в автоматическом режиме может определить причину возросшего потока автомобилей на подконтрольной ему улице.
Финляндия.
Максимальная разрешенная скорость вне населенных пунктов в Финляндии составляет 80, а в городах - 50 километров в час.
Пробки на дорогах образуются именно из-за маленьких скоростей. Чтобы бороться с этой напастью, финское дорожное управление совместно с оператором мобильной связи "Радиолинья" создали новую службу слежения за интенсивностью движения. Новая система основана на подсчете не самих автомобилей, а сотовых телефонов, имеющихся у водителей и пассажиров. Для развертывания системы через каждые 4,5 километра дороги установлены датчики, отслеживающие движение телефонов.
На основе информации от этих датчиков система определяет среднюю скорость движения транспортных средств и общую загруженность дороги. Так можно рассчитать ориентировочное время движения по маршруту и предсказать образование пробок.
Система не лишена существенных недостатков, поскольку ее работа основана на подсчете телефонов, перемещающихся от одного датчика к другому и измерить реальное количество транспортных средств ей не под силу. Например, автобус, в котором находятся несколько десятков пассажиров, у каждого из которых есть телефон, система не отличит от нескольких десятков отдельных машин.
Поэтому финские полицейские используют эту технологию лишь в сочетании с традиционными системами измерения интенсивности транспортных потоков: видеокамеры или специальные датчики, с помощью которых ведется подсчет количества автомобилей, проезжающих через данный участок дороги в единицу времени. Собранные данные о ситуации на дорогах мгновенно поступают на теле- и радиостанции, которые и сообщают водителям об оптимальных путях объезда пробок.
В целом дорожные заторы - довольно редкое явление в современной Финляндии. Система общественного транспорта страны работает как часы.
Мадрид.
Дорожные пробки - примерно такая же проблема для Мадрида, как и для других столиц Европы. В городе живут 3,5 миллиона человек, и по столичным улицам постоянно движется около миллиона автомашин.
В Мадриде общая протяженность проезжей части составляет 3500 километров, то получается, что на один автомобиль приходится лишь 3,5 метра улиц и переулков. Так что оказаться в центре затора можно в любое время суток. Поэтому городское собрание утвердило специальную программу борьбы с пробками.
Главное внимание в ней уделяется развитию сети городского общественного транспорта: строятся новые станции метрополитена, увеличивается протяженность маршрутов наземного общественного транспорта.
Для автобусов и такси на городских улицах выделены специальные полосы движения, отгороженные от других полос защитными парапетами. В исторической части испанской столицы расширяются пешеходные зоны - их сейчас в городе четыре, еще три будут открыты в ближайшие месяцы.
Почти повсюду в центре Мадрида организовано одностороннее транспортное движение. Грузовикам доступ в центр города запрещен. Утверждены планы строительства на ближайших подступах к городу до 2010 года 16 перехватывающих стоянок, рассчитанных на 50 тысяч машиномест.
В пределах малого мадридского кольца парковка на обочинах улиц в рабочее время - только платная, повсюду на тротуарах установлены автоматические паркометры, которые выдают талоны на стоянку, обычно не более чем на два часа.
За последние годы в Мадриде построена обширная сеть как муниципальных, так и частных подземных парковок. Под всеми основными площадями столицы - несколько этажей подземных стоянок. Час хранения автомашины здесь обычно обходится в евро.
На ряде улиц, по заключению технических специалистов-дорожников, разрешено наносить на проезжую часть разметку с более узкими полосами движения.
Все 2011 светофоров, установленных на улицах испанской столицы, регулируются с единого центрального пульта управления и создают "зеленую волну" на наиболее загруженных трассах.
Афины.
Система, введенная в Афинах, проста. Машины, номера которых заканчиваются четным числом, могут ездить по четным числам месяца, нечетным — наоборот. Правило действует только в рабочие дни.
Соблюдение правила «чет-нечет» полиция контролирует визуально. Камер на каждой афинской улочке нет, поэтому штрафуют тех, кто попался на глаза. 44% афинских семей владеют двумя машинами, а 17% — тремя. В ходе опроса, проведенного Афинским университетом экономики и бизнеса, многие жители признались, что купили машины именно для того, чтобы избежать ограничений.
Запретом власти добились скорее обратного эффекта: вторая или третья машина в семье — чаще всего старая, полуразвалившаяся легковушка, списанная в Западной Европе.
Рим.
Зона ограниченного движения автомобилей в Риме — Zone a traffico limitato — это часть исторического центра Рима к востоку от Тибра площадью 4,6 км2. Зона была номинально создана в 1989 году, но только с 1994 года муниципальная полиция начала контролировать въезд в район.
Запрет действует в рабочие дни с 6.30 до 18.00, в субботу — с 14.00 до 18.00. Разрешение на въезд бесплатно получают жители зоны. Остальные, кому необходимо въезжать в зону по роду деятельности, например, врачи с офисами в центре или сотрудники промышленных предприятий, должны доказать необходимость своего присутствия там в дневные часы, предоставить некоторое количество документов и необходимо заплатить за разрешение и дополнительно за парковку. Кроме того, на территории Рима действуют еще три зоны с различными ограничениями на движение автомобилей по экологическим показателям — внутри кольцевой железной дороги, в зоне «зеленого пояса» и внутри кольцевой автодороги.
С октября 2001 года большинство въездов в зону стала контролировать электроника. Вместе с официальным разрешением машина получает электронный блок для установки в автомобиль со смарт-картой — бесконтактный пропуск. Проезжая в зону, машина проходит под контрольными воротами, больше похожими на обычный уличный фонарь, и датчики считывают данные пропуска. Если машина въехала без пропуска, ее номер фотографируется и отсылается в полицию. Штраф за разовый самовольный въезд в зону — $105.
Электронный пропуск, конечно, привязан к номеру автомобиля, но не вызывает при проезде «чужой» машины срабатывания фотокамеры. То есть номера, проехавших машин не сопоставляются с данными базы пропусков.
По официальным данным, интенсивность движения в ZTL снизилась на 20% после введения электронной системы контроля. При этом на 6% выросла нагрузка на общественный транспорт. В целом ситуация пока устраивает и власти, и жителей Вечного города.
Вена.
Проблему пробок в Вене попытались решить с помощью ограничения на парковку. Власти посчитали, что, убрав машины с обочин улиц, они заметно увеличат их пропускную способность. В разных районах Вены введены специфические ограничения на длительность парковки. Например, в первом, центральном, с 9.00 до 19.00 запрещено парковаться дольше, чем на полтора часа. В других районах парковка разрешена в промежутке с 9.00 до 20.00 не более чем на два часа. Если нужно выгрузить багаж, за стекло кладется лиловый талон на 10 минут бесплатной стоянки. Стоянку нужно оплатить, предварительно купив специальные разноцветные парковочные ваучеры, заполнить и положить один из них под лобовое стекло. Чтобы припарковать машину надолго, в городе есть 17 перехватывающих парковок. Они находятся недалеко от автобанов, подходящих к Вене, и одновременно от остановок общественного транспорта.
За порядком следит специальная парковочная инспекция. Машину, оставленную в запрещенном месте, эвакуируют. Очень похожие, с небольшими вариациями, меры по ограничению мест под парковку при ее высокой стоимости есть практически в любой европейской столице. Особо выделяется Амстердам. Там в центре можно стоять только два часа, а по истечении этого срока машины эвакуируют.
Таким образом, нагрузка на центр снизилась на 20% и отнесена на периферийные магистрали.
Мельбурн.
В Мельбурне, втором по величине городе Австралии, только 7% горожан передвигаются на общественном транспорте (в Москве — до 80%). Остальные жители предпочитают автомобили. Мощная дорожная сеть не могла справиться с такими потоками. Около десяти лет назад власти города приняли решение о строительстве двух скоростных магистралей, которые должны были соединить в единую систему несколько подходивших к городу фривеев. Заказ был отдан коммерческой структуре. В результате было построено 22 км новых платных скоростных дорог, включая два длинных тоннеля (3,6 и 1,4 км).
Автомобилист может стать абонентом платных фривеев CityLink, может оплачивать каждую поездку отдельно (от $1,50 до 4,50) или купить «проездной» на сутки или уикенд ($10). Плату за проезд собирают без остановки машины. Платить можно по телефону, через интернет или на некоторых автозаправочных станциях. Абонент получает электронный прибор для установки под лобовое стекло автомобиля, который опознается детекторами при проезде машины под аркой на автостраде, и со счета водителя списываются деньги за проезд. Если машина прошла под контрольными воротами без прибора, ее номер фотографируется. На оплату разового проезда дается трое суток, по прошествии которых начисляются пени. Если проезд не оплачивается в течение 14 дней, дело передается в полицию штата Виктория, которая присылает владельцу машины штраф — от $31 до 77 в зависимости от суммы долга.
Париж.
Последнее десятилетие мэрия Парижа стремится сделать и так довольно популярный общественный транспорт города еще более привлекательным для горожан. Одно из изобретений — полосы общественного транспорта, которые стали в массовом порядке вводить по основным магистралям города с 2000 года. Отделенные от остальной части дороги разметкой, а иногда невысокими бордюрами, они предназначены для движения автобусов и такси. Выделение привилегированных коридоров для автобусов должно устранить их основной недостаток с точки зрения пассажира — то, что они стоят в пробках вместе с машинами. Тогда автобусы стали бы ходить как поезда — по расписанию. Полиции в городе достаточно, водители не рискуют выезжать на полосы.
Сейчас в городе 41 километр экспресс-коридоров, автобусы ходят по расписанию, но двигаются они все равно медленнее, чем метро. При этом автомобильные заторы на дорогах существенно увеличились. Когда из-за пробок блокируются перекрестки, встают и автобусные полосы.
Рис. 4. Курортный проспект Сочи
Рис. 5. Развязка в Нью-Йорке.
Рис. 6. Виадук Тинслей. Великобритания.
Рис. 7. Трасса для легковых автомобилей по крышам домов.
Рис. 8. Струнный транспорт Юницкого
3. Новейшее российское запатентованное решение основных автотранспортных проблем, включая проблему дорожных пробок и проблему охраны окружающей среды в крупных городах (рис. 9, 10).
Из всего вышеизложенного следует что, практически все применяемые в настоящее время меры упорядочения движения исходят из молчаливого признания неизбежности пробок и заторов. Во всех крупных городах мира с ними борются различными способами, причем значительная и наиболее эффективная их часть сводится к запретам и ограничениям.
Бесперспективность в целом этой борьбы, на которую тратятся колоссальные средства, ясна из того, что парк автомобилей растет более высокими темпами, чем протяженность дорог. Иначе говоря, отказываться от личных автомобилей никто не желает, скорее, наоборот.
Кроме того, дороги и транспортные потоки подвержены воздействию климатических факторов. Поэтому дорожное полотно приходится систематически ремонтировать, а снежные заносы или ливни сами по себе сразу же приводят к возникновению пробок.
При этом громадное количество машин в пробках и заторах, выбрасывающих повышенный объем вредного выхлопа, наносит непоправимый ущерб здоровью людей и загрязняет атмосферу, не говоря о шуме.
Экономический ущерб от пробок и заторов, различных ограничений трафика, ненужных затрат с трудом поддается исчислению и составляет астрономические цифры.
Если не рассматривать различные экзотические и дорогостоящие подходы в целом к решению автотранспортных проблем (рис. 8), касающиеся дорожной сети, то они сводятся, во-первых, к увеличению плотности дорожной сети по горизонтали путем строительства новых и расширения имеющихся дорог (рис. 1, 4, 5); во-вторых, к строительству подземных трасс, туннелей (рис. 2), то есть идет развитие по вертикали вниз; в-третьих, к строительству различных, в том числе и многоуровневых эстакад (рис. 3, 6), то есть развитие по вертикали вверх.
Первый путь не может решить проблемы, так как прирост сети наземных дорог не везде возможен, дорог в населенных пунктах, медленен и существенно отстает от прироста автомобилей. Хотя надо отметить, что сложившаяся в Нью-Йорке параллельно-квадратная система дорог позволяет объезжать образующиеся по каким-то причинам скопления автомобилей.
Второй путь - еще более трудоемок, дорогостоящ и может быть только вспомогательным.
Третий путь во многом разгружает наземные трассы и сравнительно недорог, но проблему пробок не решает, так как в часы пик на одноэтажных эстакадах (рис. 3), как и на наземных дорогах (рис. 1), образуются те же пробки по тем же причинам. Примерами могут служить Токио, Сеул или Нью-Йорк. Это же относится и к последней новинке немецкой фирмы StrassenHaus Ltd. (рис. 7), которая предлагает проводить трассы для легковых автомобилей по крышам домов.
При этом отметим, что все три упомянутых подхода весьма слабо влияют на пропускную способность автомагистралей. А это значит, что применение любого из названных путей даст ощутимый результат лишь через длительный промежуток времени после начала работ и потребует затрат, соизмеримых с бюджетами крупных городов.
Очевидно, что решение проблемы можно найти только с помощью многократного увеличения пропускной способности магистралей, а также найдя способ не борьбы с пробками, а организации движения без возникновения пробок. Только как?
Оказывается, что решение может быть достаточно простым и недорогим. Предлагается применить для этих целей вновь разработанную конструкцию легких эстакад в несколько этажей с эффективной системой внутренних и внешних переездов с этажа на этаж с поддержанием скоростного режима движения автомобилей в интервале 40 – 90 км/час. В этом случае автомобили даже при их большом числе легко перераспределяются по этажам с максимально возможной плотностью упаковки (пропускная способность четырехэтажной 14-полосной магистрали-эстакады составляет около 40 000 автомобилей в час). Вероятность образования пробок так же сводится, фактически, к форс-мажорным ситуациям, поскольку заблокированные полосы движения на том или ином этаже можно объехать по другим этажам. Это решение удалось найти и запатентовать (РФ №№ 2380473, 2380474, международная заявка РСТ/RU2009/000661) бывшему Главному конструктору космических аппаратов, лауреату Ленинской и Государственных премий СССР Макарову Ю.Ф.
Объемную магистраль-эстакаду можно проводить практически где угодно в самых сложных условиях размещения, над уже действующими автомобильными и железными дорогами, по обочинам дорог, по бездорожью. Она может применяться с наибольшим эффектом для однородных транспортных средств, например, легковых автомобилей. Это не является сильным ограничением, так как число этих автомобилей составляет 90% от всех автомобилей и именно их количество определяет объем прироста автотранспорта.
Закрытая магистраль-эстакада не дает вредным выхлопам выйти наружу. Воздух в эстакаде может очищаться мощными нейтрализаторами, уже выпускаемыми промышленностью. Так же за пределы эстакады не выходит и шум. Закрытое сверху и по бокам дорожное полотно не подвержено влиянию внешней среды и, практически не изнашивается по сравнению с покрытием наземных магистралей. Ресурс эстакады составляет более 100 лет.
На эстакадах (крышах и крыльях) также можно предусмотреть значительное число недорогих парковочных мест, стоимостью около $100 один квадратный метр, в результате чего многие автомобили могут вообще не покидать эти сооружения.
Что касается стоимости, то, например, квадратный метр трассы StrassenHausLtd. стоит 1600 евро, тогда как квадратный метр нашей магистрали-эстакады из металлопроката с защитным покрытием (полосы движения также можно покрывать фибробетоном) стоит 100 долларов, что в двадцать раз дешевле. Эксплуатация объемных магистралей-эстакад на порядок дешевле эксплуатации наземных магистралей.
Что касается выгодных мест установки эстакад, то это могут быть, прежде всего, выезды из города, где часто образуются громадные заторы. По нашим расчетам, стоимость самой дешевой двухэтажной магистрали-эстакады двустороннего движения с 6-ю действующими полосами движения Москва-Одинцово составит около $80 млн, тогда как на строительство аналогичной по числу полос движения и протяженности (21 км) наземной трассы Москва-Одинцово предполагается выделение около $1 миллиарда.
Кроме того, Россия при внедрении проекта уже через два-три года может обойти все страны мира по автоматизации движения на магистралях, так как практически без затрат в замкнутом пространстве эстакады легко организуется движение легковых автомобилей без участия водителей, тогда как предполагается, что персональный быстрый транспорт (PRT), дорогостоящий и не слишком эффективный, будет масштабно внедрен в Европе и США только через десятки лет.
Ниже показано, как автомобили могут поступательно перемещаться по эстакаде благодаря применению волнообразной уплощенной полосы движения, которая одним своим уплощением смыкается на одном уровне с гладкой одноуровневой полосой движения, а следующим своим уплощением смыкается на другом уровне с гладкой одноуровневой полосой движения другого этажа. Использование объемной эстакады только для легкового транспорта делает ее легкой и недорогой. Использование заводских типовых секций делает ее быстро сборной (разборной) и переносной. Ее этажность может уменьшаться и увеличиваться, соответственно и пропускная способность так же легко может меняться до 90 тысяч автомобилей в час.
Рис. 9. Пересечение новой магистралью-эстакадой наземной магистрали и один из вариантов конструкции полос движения.
Рис. 10. Новая магистраль-эстакада. Вид сбоку.
4. Характеристики магистрали-эстакады для выезда (въезда) из Москвы в виде металлической свайной восьмиполосной (шесть действующих полос движения) двухэтажной магистрали-эстакады двустороннего движения с межэтажными переходами для движущихся легковых автомобилей протяженностью 21 км.
Итак, пробок можно избежать, а пропускную способность магистрали можно увеличить многократно за счет изменения пространственного расположения полос движения с горизонтального, которое принято теперь на наземных магистралях, на вертикальное (с пропускной способностью легковых автомобилей до 90 000 легковых автомобилей в час в восьмиэтажной объемной магистрали-эстакаде) с возможностью переезда автомобилей с одного этажа на другой без снижения скорости, за счет, в частности, применения уплощенных волнообразных полос движения, состыкованных своими горизонтальными участками для смежных полос так, чтобы можно было переезжать, не снижая скорости, с одного этажа на другие этажи магистрали-эстакады .
Такие магистрали-эстакады с тем или иным количеством этажей, въездов и съездов, внутренними и/или внешними участками-переездами в зависимости от ситуации на той или иной трассе, могут быстро монтироваться из стандартных блоков над наземной магистралью, рядом с ней или вместо нее, не требуя землеотвода. В частности, в любом крупной городе в часы пик затруднен выезд (въезд) из города. Магистраль-эстакада может решить эту проблему. Например, даже двухэтажная магистраль-эстакада двустороннего движения с шестью действующими полосами движения имеет пропускную способность 18 000 легковых автомобилей в час. При этом число этажей магистрали-эстакады может быть в течение непродолжительного времени увеличено (уменьшено) или магистраль-эстакада может быть разобрана и перенесена в другое место.
Общий вес двухэтажной магистрали-эстакады с двусторонним движением, которая может быть установлена на участке Москва-Одинцово (21км), - порядка 85 тысяч тонн, высота – 9 м., ширина – 12м. По нашим расчетам, стоимость двухэтажной магистрали-эстакады с 6-ю действующими полосами движения составит около $80 млн., тогда как на строительство аналогичной по числу полос движения и протяженности (21 км) наземной трассы Москва-Одинцово предполагается выделение около $1 миллиарда. То есть запроектированная нами магистраль-эстакада дешевле запланированной в 12,5 раз.
Полосы движения выполнены в виде стальных с теми или иными покрытиями пролетных участков (в качестве наиболее стойкого покрытия полос движения может использоваться применяющийся как покрытие на аэродромах не очень дорогой сталефибробетон).
Вертикальные опоры выполнены в виде пустотелых столбов, расположенных через каждые шесть метров, с использованием на ряде участков стальных решетчатых пилонов с вантами. Высота пилонов около 30 метров.
Пропускная способность магистрали-эстакады – до 400 тысяч автомобилей в сутки при рекомендуемой скорости движения автомобилей по эстакаде в интервале 60 – 90км/час (аналогичная действующая в настоящее время наземная магистраль имеет при пиковых нагрузках пропускную способность в несколько раз ниже).
Наличие участков-переездов между этажами эстакады гарантирует объезд возможных препятствий и соответственно невозможность пробок.
Общее число внешних въездных и съездных участков варьируется в зависимости от имеющихся дорожных подводов и число их может достигать нескольких десятков .
При необходимости на закрытой верхней площадке эстакады могут быть расположены площадки для парковки около 10 тысяч автомобилей. На эту парковочную площадку можно будет въехать непосредственно с наземной дороги.
Общие затраты на изготовление, транспортировку, сборку, установку и оснащение эстакады необходимым оборудованием – порядка $80 млн. Эксплуатационные расходы в среднем за год составят порядка $1 млн.
При оплате проезда по эстакаде в размере 100 рублей с автомобиля и минимальной суточной загрузке эстакады порядка 100-200 тысяч автомобилей доход за сутки составит около 10-20 миллионов рублей, не считая возможного дохода от парковки. При этом на эстакаду можно продавать абонементы. Таким образом, за год минимальное значение выручки составит около $100 млн. и магистраль-эстакада окупится за один год.
Приведем официальные данные удельной стоимости наземной восьмиполосной магистрали (по недавним расчетам аналитика ИК «АК Барс Финанс» У. Лобачева средняя стоимость строительства километра магистрали составляет $12-15млн.), на Украине стоимость одного километра магистрали от Венгрии до Киева составляет $8млн. (По данным издания Автодороги Украины – HighwayinUkrain: Автомагистраль «Западная граница…» 2007-2009-2012гг.). Известна также стоимость восьмиполосного автобана в Германии - $19,6млн.
Из этого следует, что магистраль-эстакада дешевле аналогичных наземных магистралей в 2 - 5 раз.
Срок сборки эстакады при наличии типовых блоков и элементов, а также отработанной технологии сборки может составить 3 месяца. С учетом оснащения эстакады необходимым оборудованием она может быть готова к эксплуатации через 0,5 года с момента начала установки. Эстакаду также можно быстро нарастить при необходимости до большего количества этажей или уменьшить количество этажей или быстро ее разобрать и установить в другом месте.
Ресурс эстакады – не менее 100 лет (ресурс наземной магистрали – 20 лет в соответствии со СНиП 2.05.02-85).
Общие удельные эксплуатационные расходы на магистраль-эстакаду за один год в среднем составляют около $50 000.
Для пояснения приведем официальные данные удельной стоимости годовых эксплутационных расходов для наземной восьмиполосной магистрали в России.
По данным журнала-каталога «Транспортная безопасность и технологии 2005 № 2»
(Проблемы безопасности российских автодорог) ежегодно на ремонт 1 километра автодорог расходуется 5 миллионов рублей, или около $170 тысяч. Кроме этого ежегодно на поддержание дорог в надлежащем состоянии в среднем расходуется 2,5 млн. рублей, или около $0,08 тысяч. Итого: $250 тысяч ежегодно.
Заметим, что с учетом инфляции и роста цен эта сумма к настоящему времени увеличилась, по крайней мере, вдвое. Кроме того, эксплутационные расходы на наземные магистрали существенно больше, чем расходы на обычные дороги.
Из этого следует, что ежегодные удельные эксплутационные расходы на магистраль-эстакаду ниже удельных эксплутационных расходов для аналогичных наземных магистралей более чем в 10 раз.
При наличии компьютера в автомобиле, который можно связать с системой управления движения в магистрали-эстакаде, возможно движение автомобиля по эстакаде без участия водителя. Возможны и другие варианты автоматического движения по магистрали-эстакаде.
Приведем таблицу, в которой покажем изменение динамической длины автомобиля lд, пропускной способности N. в зависимости от скорости движения автомобиля V в интервале скоростей от 2 м/сек(7,2км/час) до 45 м/сек (162км/час). Динамическая длина автомобиля lд составляет сумму средней физической длины автомобиля и дистанции безопасности между ближайшими автомобилями lдб. Дистанция безопасности определяется из соотношения: lдб = τз • V + V²/50, где τз – время задержки, то есть время реакции водителя на изменение окружающей обстановки, а V - скорость движения автомобиля. Пропускная способность полосы движения N вычисляется как отношение V к lд. В этой же таблице отметим число автомобилей n, приходящееся на один километр при соответствующей скорости и расстоянии между соседними автомобилями.
|
V (м/сек) |
lд (м) |
N (авт/сек) |
n (авт.) |
|
2(7,2км/ч) 3 4 5 6 7 8 9(30км/ч) 10 11 12 13 14 15 17(60км/ч) 18 20 21 22 23 24 25(90км/ч) 26 27 28 29 30(108км/ч) 35 40 45(162км/ч) |
7,08 8,18 9,32 10,50 11,72 12,98 14,28 11,12 12,00 12,92 13,90 14,90 16,00 17,00 19,30 20,50 23,00 24,30 25,70 27,00 28,50 30,00 44,50 46,60 48,70 50,80 53,00 64,50 77,00 90,50 |
0, 28(1010авт/час) 0, 37 0,43 0,48 0,51 0,52 0,56 0,81(2920авт/час) 0,83 0,85 0,86 0,87 0,875 0,88 0,88(3170авт/час) 0,88 0,87 0,86 0,86 0,85 0,84 0,83(2990авт/час) 0,60 0,59 0,58 0,57 0,57 0,54 0,52 0,50(1800авт/час) |
141 122 107 95 85 78 70 90 83 78 72 66 63 59 51 49 43 41 39 37 35 33 22 21 20 20 19 15 13 11 |
Из этой таблицы видно, что изменение пропускной способности N полосы движения в зависимости от скорости движения носит нелинейный характер. N максимальна и меняется незначительно в интервале скоростей 30- 90 км/час.
Недавно вице-премьер Сергей Иванов подтвердил, что, несмотря на возникшие у инвесторов экономические трудности, финансирование автодороги Москва – Санкт-Петербург общей стоимостью 180 млрд. рублей начнется уже в текущем году.
Если эту автомагистраль построить в виде вышеописанной двухэтажной восьмиполосной (2 + 6 полос) металлической эстакады, то затраты на нее будут в 2,5 раза меньше, а пропускная способность с гарантированным отсутствием пробок и заторов будет в несколько раз больше. При этом установить эстакаду можно как рядом с имеющейся наземной магистралью, так и над железной дорогой или в любом другом месте. Кроме того, эстакаду можно разбить на две отдельных эстакады с односторонним движением в каждую сторону и установить в наиболее удобных местах, обходя те или препятствия. А наземная магистраль в этом случае может быть предоставлена для грузового транспорта.
8.Сенсорная Wi-Fi информационная система
Уникальность сенсорной сети WayNet - объединение в одном чипе возможностей:
наземной и подземной навигации с высокой точностью (до ± _0,5 метра) без использования спутников
двухсторонней беспроводной связи на скорости до 2 Мб/с
дистанционной идентификации объектов на расстоянии до 3 км
автономности энергопитания - до 5 лет;
возможность интеграции до 4 000 разнообразных датчиков.
самоорганизующаяся отказоустойчивая сеть с топологией Mesh
встроенная возможность шифрования информации до AES-256
Разумность:_ _обработка _и _анализ _информации,_ _принятие _самостоятельных _решений _
Низкое _энергопотребление:_ _позволяет _работать _до _5_ _лет _без _внешних _источников _энергии _
Надежность:_ _3_-_х _кратный _и _более _уровень _надежности _позволяет _работать _в _аварийных _ситуациях _в _режиме _ЧС _
Память:_ _позволяет _накапливать _информацию,_ _уменьшая _траффик _и _увеличивая _надежность _Самостоятельность:_ _самовосстановление _сети,_ _самоконфигурирование,_ _самодиагностика _
Безопасность:_ _развитая _система _обмена _ключами _и _шифрование _A_E_S_ _1_2_8_ _или _A_E_S_ _2_5_6_ _Чувствительность:_ _реакция _на _внешние _воздействия _Коммуникативность _
Каждый _контроллер _состоит _из:_ _
• _мощного _микропроцессора,_ _
• _энергонезависимой _памяти,_ _
• _радиооборудования,_ _
• _виброакустической _системы,_ _
• _аккумулятора _
и _опционально _может _комплектоваться:_ _
• _солнечной _батареей _с _системой _подзарядки _аккумуляторов,_ _
• _дополнительным _комплектом _емких _аккумуляторов _
• _блоком _управления _внешними _исполнительными _механизмами _
• _блоком _дополнительных _датчиков _
В _качестве _приёмопередающего _радиотракта _используется _приемопередатчики _n_a_n_o_L_o_c_ _I_I_,_ _совместно _разработанные _компаниями _n_a_n_o_T_r_o_n_ _(_Германия)_ _и _Масат _(_Казахстан)_:_ _
•безлицензионный _частотный _диапазон _2_._4_ _ГГц _
•уникальный _запатентованный _способ _кодирования _сигнала _
•функцией _определения _своего _относительного _местоположения _до _± _1_._._2_ _метра _
•двухсторонний _канал _связи _со _скоростью _до _2_ _Мбит _в _секунду _
•сверхнизкое _потребление _электроэнергии._
Основное _радиооборудование _
В _качестве _приёмопередающего _радиотракта _используется _приемопередатчики _n_a_n_o_L_o_c_ _I_I_,_ _совместно _разработанные _компаниями _n_a_n_o_T_r_o_n_ _(_Германия)_ _и _Масат _(_Казахстан)_:_ _
•безлицензионный _частотный _диапазон _2_._4_ _ГГц _
•уникальный _запатентованный _способ _кодирования _сигнала _
•функцией _определения _своего _относительного _местоположения _до _± _1_._._2_ _метра _
•двухсторонний _канал _связи _со _скоростью _до _2_ _Мбит _в _секунду _
•сверхнизкое _потребление _электроэнергии._ _
Любой _контроллер _может _играть _роль _шлюза,_ _для _чего _оборудован _дополнительным _комплектом _интерфейсов _для _связи _с _внешним _миром:_ _
•приёмопередающего _радиотракта _Z_i_g_B_e_e_ _
•модем _G_S_M_/_G_P_R_S_ _
•приёмопередающего _радиотракта _8_6_8_/_9_1_5_ _МГц,_ _
•промышленный _E_t_h_e_r_n_e_t_ _1_0_/_1_0_0_ _
•системой _навигации _класса _G_P_S_/_Глонасс _
Микропроцессор _
32-ух разрядные процессоры с малым энергопотреблением (до 20 мА), которые были специально спроектированы для достижения высокой производительности в системах промышленной телеметрии. Производительности процессора на частоте 120 МГц достаточно для проведения различных видов анализа сигнала прямо на месте (спектральный, кепстральный, биспектральный, статистический, корреляционный, вейвлет-анализ).
Кроме того микропроцессор занимается упаковкой и сжатием данных. Это приводит к уменьшению трафика передачи данных в 64 - 256 раз.
Энергонезависимая _память _
Объем энергонезависимой памяти достаточен для сохранения всей необработанной _информации с сейсмических и виброакустических датчиков в течении одного месяца.
Эта же память используется в режиме черного ящика, для записи уже обработанных, проанализированных, готовых к отправке данных. Объем энергонезависимой памяти достаточен для сохранения всей обработанной _информации в течении 6-ти месяцев. _
Аккумуляторы _
В штатной поставке используются достаточно емкие аккумуляторы, позволяющие контроллеру работать автономно, без _подзарядки _от солнечной батареи в течении 2-ух месяцев. При необходимости ёмкость аккумуляторов может наращиваться.
Применяемые нами аккумуляторы позволяют работать в температурном диапазоне от – 50 °С до +60 °С и заряжать аккумулятор от солнечной батареи в температурном диапазоне от – 20 °С до +60 °С, при относительной влажности воздуха до 95%.
Виброакустическая система подбирается под параметры конкретного трубопровода и может состоять из следующих компонентов:
•виброакустического датчика
•сейсмодатчика
•и виброактуатора.
Вэйвлет-_ _анализ _
В системе WayNet PipeLine вэйвлет-анализ используется для идентификации событий - сигналов, которые затухают во времени или (и) меняют свою частоту, то есть ударных сигналов. На вэйвлете можно увидеть спектр удара в развитии.
Внешние _устройства _и _датчики _
Система _W_a_y_N_e_t_ _P_i_p_e_L_i_n_e_ _по _согласованию _с _Заказчиком _может _комплектоваться _дополнительно:_ _
• _аналоговым _интерфейсом _0_._._5_ _В _и _± _1_0_ _В _
• _аналоговым _интерфейсом _4_._._2_0_ _мА _
• _цифровым _интерфейсом _с _внешними _датчиками _и _исполнительными _устройствами _4_-_2_0_ _мА _(_для _интеграции _с _S_P_1_0_0_,_ _H_A_R_T_,_ _W_i_r_e_l_e_s_s_ _H_A_R_T_ _и _так _далее)_ _
• _интерфейсом _R_S_2_3_2_/_4_8_5_ _(_для _интеграции _с _M_o_d_B_u_s_ _R_T_U_ _и _так _далее)_ _
• _и _набором _дополнительных _датчиков _и _функциональных _возможностей _
Корреляционный _анализ _
Благодаря тому, что отсутствует привязка к определенному корреляционному пику, данный метод обладает преимуществом слежения сразу за несколькими целями, что в решении реальных задач локации очень важно.
Расстановка _контроллеров _
Контроллеры _устанавливаются _на _расстоянии _3_0_0_…1_ _0_0_0_ _метров _друг _от _друга._ _Каждый _контроллер _одновременно _со _сбором _и _анализом _своих _данных _ретранслирует _данные _полученные _с _других _контроллеров _
Система _W_a_y_N_e_t_ _P_i_p_e_L_i_n_e_ _использует _целый _комплекс _мер,_ _предотвращающих _риск _снятия _и _поломки _контроллеров:_ _
•Два _способа _антивандальной _инсталляции _контроллеров _
•Детектор _приближения _объекта _
•Детектор _извлечения _контроллера _
•Система _локации _перемещения _извлеченного _контроллера _в _зоне _трубопровода _шириной _6_0_0_ _метров _
•Система _определения _местоположения _украденного _контроллера _с _использованием _системы _G_P_S_ _
•Система _пеленгации _украденного _контроллера _при _извлеченном _аккумуляторе _
Система _“Свой-_чужой” _
Автомашины и сотрудники предприятия снабжаются метками – идентификаторами. Тогда система WayNet PipeLine определяет местоположение “своих” объектов в зоне трубопровода шириной 600 метров с точностью до ± 3..20 метров (2D)
Система WayNet PipeLine фиксирует перемещения объектов и проведение земляных работ в зоне трубопровода. Если при этом система фиксирует что это “свои” – делается соответствующая запись в базе данных. Если чужие – в диспетчерскую передается сигнал тревоги.
Система _контроля _и _учёта _рабочего _времени _
Система позволит дополнительно дисциплинировать сотрудников и получить полный отчёт о прохождении ими своего маршрута.
Кроме того, сюда входит оперативный контроль работы охранных служб. Это позволяет задавать необходимые маршруты с любым количеством охраняемых элементов и контролировать момент и время прохождения конкретной автомашины охранного предприятия и/или конкретного сотрудника охраны конкретного сегмента трубопровода, компрессорной станции и любых других объектов, требующих охраны.
Условия _эксплуатации _
Контроллер _предназначен _для _использования _в _жестких _полевых _условиях._ _Рабочая _температура _контроллера:_ _-_ _4_0_:_C_…+_6_0_:_C_._ _Рабочая _относительная _влажность:_ _1_0_…9_0_%_._ _Степень _защиты _I_P_6_7_._ _Устойчивость _к _бензину,_ _бензолу,_ _дизельному _топливу,_ _ацетону,_ _растворителям _для _лаков _и _красок,_ _маслам _и _жирам._ _Штатная _молниезащита _в _контроллере _-_ _до _2_ _кВ,_ _расширенная _-_ _до _1_0_ _кВ._ _
Начаты _процедура _сертификации _по _СE_ _и _A_T_E_X_:_ _
–E_N_ _6_1_3_2_6_-_1_,_ _E_N_ _5_0_3_7_1_,_ _E_N_ _6_0_9_5_0_-_1_,_ _E_N_ _3_0_1_ _4_8_9_-_1_/_-_3_ _
–E_N_ _3_0_0_ _2_2_0_-_2_ _v_2_._3_._1_ _
–(_R_&_T_T_E_)_ _(_1_9_9_9_/_5_/_E_c_)_ _
–A_T_E_X_ _t_y_p_e_ _n_-_Z_o_n_e_ _2_ _E_x_I_I_ _3_G_ _E_x_ _n_A_ _n_L_ _H_C_ _T_4_ _(_-_4_0_°C_ _t_o_ _6_0_° _
|
Время, затрачиваемое на передачу одного кадра с полем данных в |
128 байтов |
8 192 байта |
|
Длительность кадра |
888 мкс |
33 144 мкс |
|
Эффективная скорость передачи данных |
1 126 кбит/с |
1 9 31 кбит/c |
Литература