Софтверных решений для моделирования транспортных потоков в масштабах мегаполиса и выше не так много. Одним из известных продуктов такого рода является немецкое семейство систем планирования в транспортной инфраструктуре PTV Vision, которые используют модели VISSIM/VISUM, разработанные почти тридцать лет назад. В состав линейки входит четыре приложения. Первое – PTV Simulation, пожалуй, наиболее интересно, так как используется для микро– и макроскопического моделирования потоков личного, общественного и грузового транспорта, пешеходного движения, настройки работы светофоров в зависимости от заданных параметров, анализа заторов и трехмерных динамических визуализаций перекрестков и развязок. В общем, система предназначена для создания и проигрывания комплексных сценариев развития транспортной системы в зависимости от изменения отдельных ее составляющих.
Разработчики называют среди пользователей системы проектировщиков, чиновников транспортных министерств и ведомств, инженерные компании и т. д. ПО применяют для подготовки обоснования постройки или реконструкции дороги, выбора наиболее приемлемого варианта с учетом инженерных и финансовых ограничений и генерации сопутствующих документов для инвестора. По данным компании, ее софт используют более двух тысяч организаций в 75 странах мира. Россия – не исключение. PTV Vision применялся при проектировании Третьего транспортного кольца в Москве, Западного скоростного диаметра и перехватывающих парковок в Петербурге, а также проектов в Томске и Иркутске.
Итак, в чем же заключается работа с моделями PTV? Моделирование VISSIM предполагает микроскопический расчет движения транспорта и проверку работы сигнальных устройств для выбора оптимальной организации движения на перекрестке и оценки пропускной способности для каждого варианта движения. При этом учитывается движение в зоне остановок с учетом приоритета общественного транспорта. На этапе VISSIM-моделирования производится анализ "узких" мест. В качестве исходных данных на микроуровне берется растровая основа (карты города, аэрофотосъемки и пр.) и информация о существующей структуре движения. Анализ может производиться по таким параметрам, как нагрузка на дорогу, средняя скорость потока, время поездки и задержек в пути, длина пробок и количество остановок.
VISUM – это макромоделирование существующих и прогнозируемых транспортных потоков с анализом и оценкой правил и интенсивности движения и отработкой сценариев "что будет, если…". Здесь в качестве исходных данных принимается сеть путей движения различных видов транспорта, свойства сети, правила движения и так называемая матрица транспортных передвижений, состоящая из данных "транспортного предложения" и "транспортного спроса".
В результате на первом этапе моделирования формируются две независимых модели. Первая – модель транспортного спроса, содержит такие данные, как цели и число поездок и кривая транспортного спроса. Вторая – модель сети основана на информации о транспортных системах, ячейках, узлах и остановках. Программа обрабатывает эти две модели и на выход выдает модель взаимодействия, которая содержит данные о распределении транспортных потоков автомобилей, создании маршрутов общественного транспорта и расчета их эффективности, а также экологическим параметрам (выброс вредных веществ, шумовые воздействия).
Также среди программных средств моделирования транспортного трафика стоит отметить продвигаемое IBM решение Rapidis Traffic Analyst, которое, по сути, представляет собой модуль расширения геоинформационного пакета ArcGIS. Масштаб у этого ПО шире, чем у PTV. Система позволяет проводить анализ на уровне регионов и страны в целом. В состав Traffic Analyst входит солидный набор инструментов для планирования движения и специализированных средств редактирования для работы с маршрутами и расписаниями общественного транспорта.
Все эти функции подключаются к среде обработки геопространственных данных ArcGIS Geoprocessing и встроенному конструктору моделей ArcGIS Model Builder. Среди решаемых Traffic Analyst задач: моделирование колебаний спроса на перевозки, вызванные изменениями в инфраструктуре, демографии, политике и т. д., оценка последствий крупных инфраструктурных проектов (что весьма актуально для Москвы), создание основы для оценки экологического влияния и, конечно же, прогнозирование транспортных потоков и анализа доступности транспортных средств.
В математическом моделировании транспортных потоков используется два подхода: детерминистический и вероятностный. Модели первой категории основаны на функциональной зависимости между отдельными показателями, такими как скорость и дистанция между автомобилями в потоке. Во втором случае транспортный поток представляет собой вероятностный процесс. Модели делят на три класса: модели-аналоги, модели следования за лидером и вероятностные модели.
Модели-аналоги также называют макроскопическими, в них свойства движения транспорта описывают, как физические потоки. Различают гидро– и газодинамические модели.
Модели следования за лидером основаны на связи между перемещением ведомого и головного автомобиля. Эти модели называют микроскопическими. В них учитывается время реакции водителей, движение на многополосных дорогах, устойчивость движения и т. д.
Исторически сложившееся расположение некоторых крупных городов не дает особого простора для планирования. Наиболее эффективным методом борьбы с пробками в этих случаях являются, видимо, финансовые санкции. Плата за въезд в центр – мера уже довольно старая и, если все не очень запущено, действенная. Правда, методы и масштабы ее реализации существенно зависят от того, какую первоочередную цель преследуют власти: получить новый источник доходов в городской бюджет, развить общественный транспорт, избавиться от заторов и т. д.
Рассмотрим введение такого налога на одном из наиболее ярких примеров – Стокгольме, в центральной части которого имеются острова. Проблема пробок на трассах, ведущих к мостам, в шведской столице стоит весьма остро. Историческая застройка не дает особого простора для расширения дорог, не говоря уж о новых. Тем более что в силу политической специфики муниципалитет также весьма озабочен и экологическими сложностями. В прошлом году, когда у власти были социал-демократы, "зеленая" оппозиция сделала загрязненность стокгольмского воздуха на пару с длинными пробками и бездействие политических противников одним из главных козырей в своей борьбе, благо, что эта критика поддерживалась жителями. В результате, правительство решило ввести меры по ограничению въезда в центр города.
Для определения разработчика системы управления платным въездом шведские власти провели тендер, который выиграла IBM. Это было вполне ожидаемо, корпорация уже занималась автоматизацией аналогичных процессов в Лондоне, Осло и других городах. Правда, по признанию руководителя проекта, на сей раз работа предстояла гораздо более серьезная. Во-первых, уложиться нужно было в установленные сроки. И опоздание было недопустимо не только из-за финансовых потерь, но и потому, что запуск определялся специально подготовленными нормативными актами. С некоторой долей ехидства хочется отметить, что отечественные исполнители ИТ-заказов власти столь уважительное отношение IBM не поняли бы. Вспомнить хотя бы, как страна осталась без импортного алкоголя, потому что господрядчики сдали неработающую систему акцизного учета (ЕГАИС).
Во-вторых, система должна была контролировать гораздо более сложные процессы, чем, например, в случае с Лондоном. В Британии власти просто хотели денег, а потому установили фиксированную плату за въезд для всех машин без исключения. В Стокгольме предполагалось ввести дифференцированные тарифы. Планировалось сделать платным въезд в те промежутки времени, когда интенсивность потока превышает допустимую для трассы. В результате, часть автомобилистов, по замыслу авторов проекта, должна была перенести свой въезд в центр на более раннее или наоборот позднее время в целях экономии, и распределение получилось бы более сглаженным, большую часть суток не превышающим пропускной способности. Заранее отмечу, что, несмотря на успех проекта в целом, этой цели с помощью нововведений достичь не удалось. Наблюдалось общее снижение уровня загруженности, но "горбы" распределения нагрузки дорог по времени, соответствующие часам пик, стали лишь чуть более пологими.
Но в целом результаты оказались впечатляющими. В ходе шестимесячной пилотной эксплуатации, помимо сокращения на 25 % интенсивности движения в часы пик, снизился объем выбросов выхлопных газов на 12 %, а ежедневное количество пассажиров общественного транспорта выросло примерно на сорок тысяч. Кстати, расписание существующих рейсов пришлось изменить, так как автобусы стали двигаться гораздо быстрее. Кроме того, власти запустили ряд экспресс-маршрутов в центр из пригорода. Неожиданным результатом также стало 6-процентное увеличение оборота торговых точек в центре.
Система стала наиболее крупным проектом дорожных сборов в Европе. Ее работу обеспечивали восемнадцать безбарьерных пунктов контроля по периметру платной зоны. Эти пункты были оборудованы камерами, осуществляющими фотосъемку при пересечении машиной инфракрасных лучей, и системами распознавания номерных знаков. Последние позволили не только идентифицировать неплательщиков (оплата должна производиться в течение недели после проезда, позднее – к сумме задолженности плюсуется штраф), но и сосредоточиться исключительно на автомобилях шведских граждан, оставляя без внимания иностранцев, а также пропускать бесплатно машины жителей одного из прилегающих к центру районов. Дело в том, что последние могли добраться до дома исключительно по дорогам, пересекающим платную зону, и для них в систему ввели специальное правило. Если такой житель проводил в центре менее получаса, то есть он просто ехал к себе или из дома, а не находился в центре по каким-то другим надобностям, его проход не тарифицировался. По данным компании, уровень идентификации достигает 98,2 % от всего числа сканирований, точность выставления счета составляет 99,96 %.
Прочим проезд через контрольный пункт обходился в 10, 15 или 20 крон (от 39 до 78 рублей), в зависимости от времени пересечения границ центра, но не более 60 крон (около 200 рублей) с человека в день. Самое "дорогое" время – с 7:30 до 8:29 и с 16:00 до 17:29. Оплата сбора производилась автоматическим снятием с банковского счета или же в крупных розничных сетях и через Интернет. Остается добавить, что по окончании тестирования в городе проводился референдум, и большинство горожан высказались за дальнейшую эксплуатацию системы. Она будет вновь запущена в августе. Воодушевленные европейским опытом введения "налога на пробки", как уже успели прозвать системы сбора за въезд в центр, американские власти выделили 130 млн. долларов на реализацию аналогичных проектов в США.
Интересно, что недавно специалисты IBM, участвовавшие в запуске стокгольмской системы, рассказывали о своем опыте на круглом столе в Москве, и среди собравшихся встречались представители муниципалитета и ГИБДД. Слухи о введении платного въезда в центр столицы витают давно, однако пока они оказывались беспочвенными. Посмотрим, рискнут ли московские власти повторить опыт, и если да, то что из этого получится в наших условиях.
Практически все средства информирования о пробках в Москве – соответствующие сервисы сотовых операторов, ПО для КПК и "Яндекс. Пробки" – используют данные одной-единственной системы мониторинга SMIlink. Впрочем, за исключением сервиса от поисковика, все эти варианты платные (получение данных на КПК стоит 7 долларов в месяц), и особого распространения на фоне общей массы московских автовладельцев не получили. Многие ограничиваются тем, что слушают радио. Некоторые станции периодически озвучивают в эфире сообщения о положении на той или иной дороге, полученные от желающих предупредить других водителей добровольцев. Подобная практика быстро стала популярной у участников рынка музыкально-развлекательного FM-эфира. Однако понятно, что полученные таким образом данные не назовешь полными и достоверными.
SMIlink также не пренебрегает помощью водителей, принимая каждый день около ста сообщений от своих корреспондентов и от "Авторадио". Кроме этого, источниками данных для системы являются камеры и автоматические видеодетекторы движения, расположенные на улицах внутри Садового кольца, на Третьем транспортном кольце и МКАД. Всего в центре Москвы функционирует 55 таких устройств и еще 30 – на Садовом. Тридцать камер установлено между Садовым и Третьим кольцами. Вдоль Третьего кольца используется более высокотехнологичное оборудование. Там кроме видеодетекторов размещены устройства, работающие на базе радиолокационных детекторов и индукционных петель. На МКАД сбором информации занимаются более сотни детекторов, расположенных через каждые один-два километра. Кроме того, на МКАД SMIlink получает данные от сотрудников Спецполка ДПС. В самом информационном агентстве "Смилинк" достоверность информации по МКАД оценивают в 95 %, в центре до Третьего кольца – 80 %, на самом кольце и радиальных магистралях – 70 %, а на других улицах в 50—70 %.
Статусы затрудненности движения различаются в зависимости от разрешенного скоростного режима. Так на МКАД "пробке" соответствует скорость потока менее 20 км/час, "затрудненному движению" – 20—40 км/час. Для городских магистралей "пробка" начинается при движении ниже 10—15 км/час, а "затруднения" – от 10—15 до 25—30 км/час. Также при присвоении статуса загруженности учитывается общее положение на участке, работа светофоров, проведение ремонтных работ, наличие аварийных участков и т. д. То есть если в округе все движение парализовано в принципе, а на одной улице машины еще двигаются со скоростью 15 км/час, этой дороге будет придан статус "движение затруднено", а не "пробка", поскольку главная задача системы – дать водителям рекомендации по объезду.
ГОСТИНАЯ: Неандертальцы снова выйдут на мамонтов?
Автор: Дмитрий Шабанов
Главной идеей Николая Федорова, одного из основателей русского космизма, была патрификация – «воскрешение отцов» (умерших поколений людей). Федоров не знал, как естественные науки смогут решить эту задачу, но не сомневался, что они что-то придумают. Благодаря научному чуду, человечество выполнит свое предназначение, и Бог воплотится в нем. Не надо иронизировать над Федоровым – им двигало острое ощущение несправедливости того, что со смертью человека уходит целый мир.
В начале XXI века идеи наподобие федоровских реализуются синтетической геномикой, которая достигла определенных промежуточных успехов. Конечно, пока энтузиастов воскрешения интересуют не конкретные люди, а целые виды. Когда-то распространенная вера, что сущность личности человека исчерпывается его генотипом, теперь стала чем-то вроде веры в плоскую Землю. Увы, представления о том, что сущность вида можно выразить на языке четырех букв генетического алфавита, пока вполне жизнеспособны (хотя имеют столь же ненадежные научные основания).
Каковы же нынешние успехи синтетической геномики? Недавно исследовательский центр Крейга Вентера ["КТ" уже упоминала этого мультимиллионера, одного из лидеров расшифровки генома человека (в значительной части – своего собственного): "Трудно быть богом" ("КТ" #599—600)] сообщил о пересадке бактериального генома. Речь идет о двух видах [Надо понимать, что слово "вид" используется здесь достаточно условно. По крайней мере, вид у микоплазм – совсем не то, что, к примеру, вид у млекопитающих] микоплазм – одних из самых простых клеточных организмов, известных науке. Геном Mycoplasma mycoides (возбудителя пневмонии коров) был перенесен в культуру клеток бактерии Mycoplasma capricolum (вызывающей полиартрит у коз). Через некоторое время в этой культуре появлялись клетки вида-донора. Вероятно, микоплазма поглощала чужую хромосому (у этих бактерий нет клеточной стенки), а затем делилась и передавала ее одной из дочерних клеток. Следующий запланированный шаг – пересадка искусственной хромосомы, которую Вентер приравнивает к созданию искусственной жизни.
Что получается с бактериями, получится и с млекопитающими? Специалисты из Института Макса Планка в Лейпциге описали, какие именно нарушения происходят в ископаемой ДНК – например, ДНК неандертальца. Зная правила изменения генетического текста, можно будет определить его исходный вид. Например, детальное сравнение наследственной информации Homo neandertalensis и Homo sapiens должно помочь определить те белки, с изменением которых связано наше эволюционное становление. Это может быть важно, например, для медицины – можно создать управляющие этими белками лекарства.
Лекарства лекарствами, но энтузиасты и в Европе, и в Америке увидели в этой ситуации шанс на восстановление недавно вымерших видов. Соберем полные геномы мамонтов и неандертальцев, поместим их в яйцеклетки слона и современного человека (соответственно), и, глядишь, воскрешенные неандертальцы снова смогут охотиться на воскрешенных мамонтов! Дает ли перестановка геномов бактерий шанс на такую перспективу?
Большинству из грамотных и культурных людей (а все прочие вообще не заморачиваются подобными вопросами) кажется, что механизмы развития должны быть в главных чертах общими для всех организмов, от бактерий до млекопитающих. Мифология синтетической теории эволюции предусматривает, что эволюция началась со случайного возникновения механизма наследственности, в котором случайные ошибки матричного копирования обеспечивают изменчивость, достаточную для того, чтобы из бактерий появились секвойи, киты и люди. Но погодите, эволюция ведь – способ выработки адаптаций (приспособлений), приведения индивидуального развития в соответствие с возможностями, предоставляемыми внешней средой. В соревновании за жизнь выигрывали те группы, которые вырабатывали требуемые адаптации быстрее. С ходом времени количество взаимосвязей между геномом и клеткой в целом стремительно росло. Клетка "училась" управлять своим геномом, одной из своих многих подсистем. Наследственная информация – не причина и не квинтэссенция клетки, а один из ее инструментов для приспособления к среде!
Эволюция эволюции привела к тому, что индивидуальное и историческое развитие бактерий и людей существенно отличается. Сегодня нет никаких надежд повторить на мамонтах или неандертальцах результат, полученный на микоплазмах. Бактерия – молекулярный робот, а в наших клетках количество взаимосвязей между элементами несоизмеримо выше. Чтобы клонировать упомянутые виды, нужны не их геномы, а их живые клетки, которые неоткуда взять [Хотя на сегодняшнем уровне развития биологи не смогли бы сладить даже с живой клеткой – клонирование млекопитающих продолжает сталкиваться с серьезными проблемами].
Появится ли когда-то такая возможность? Помните классический пример ошибочности заявлений об ограниченности науки? В качестве примера фундаментально недоступного знания Огюст Конт назвал химический состав звезд. Прошло не так много времени, и был открыт спектральный анализ. Завтра сообщат о фундаментальном прорыве в изучении регуляции онтогенеза? Я первый этому порадуюсь: мне будет интересно. Впрочем, надежды на такой прорыв у меня мало, ведь сложность рассматриваемых процессов многократно превосходит сложность любых задач, когда бы то ни было решенных человечеством. Оно решит их не сейчас, а позже? Когда? Путь, который нужно пройти, очень долог. Просуществует ли требуемое время само человечество, будет ли оно практиковать фундаментальные научные исследования?
И подумайте, какие сложности вызовет воскрешение неандертальцев. Как решить: надо будет их содержать в зоопарках или они будут получать паспорта и водительские удостоверения?
ОПЫТЫ: Газонокосильщица
Автор: Юрий Смирнов smir@kvidex.ru
Мой брат всю жизнь мечтал о модели радиоуправляемого вертолета. Дескать, все остальное у него уже давно есть, только вертолета не хватает. С него-то и началось мое увлечение летающими аппаратами. А тут еще попалась под руку статья в «КТ» про беспилотные американские самолеты, – в общем, я так загорелся, что даже решил было записаться в кружок авиамоделистов, чтобы сделать такое чудо самостоятельно. Но годы уже не те – проще заработать денег и купить все готовое. В общем, год назад…
В детстве я посещал авиамодельный кружок, хотя воспоминания об этом периоде моей жизни приятными не назовешь – планер не взлетал, движок для кордовой модели не заводился, а когда завелся – после трех дней упорных тренировок! – то сорвался и улетел, да так, что всем лагерем искали – не нашли. Так что я, как обычно, отправился по интернет-магазинам, чтобы найти радиоуправляемую модель самолета.
Было понятно, что простая модель с электродвигателем мне явно не подойдет – грузоподъемность нулевая. Управлять такой моделью очень непросто, как минимум необходим навык полета на симуляторе. Впрочем, и серьезная модель самолета с ДВС – штука сложная, дорогая, а управлять ею еще сложнее, чем "электричкой". Тупик.
Свет в конце туннеля появился, когда я прочел на одном из форумов о создании модели дельтаплана. Как выяснилось впоследствии, в Москве в наличии есть всего одна такая модель с ДВС, а магазин из Беларуси предлагает другую модель с бо, льшим крылом (1,8 м) и электрическим двигателем. На нее-то я и нацелился: в рекламе было написано, что моделью может управлять даже новичок, кроме того, площадь и размах крыльев были почти такими же, как у американского дрона. Дальше начались приключения.
Сначала представитель магазина не смог мне сказать, какова грузоподъемность дельтаплана SKYFLEX 2000 ARF, так что пришлось заказывать новую игрушку почти вслепую – на сайте подробной информации о товаре просто не было. В почти полной – без аккумулятора – комплектации игрушка стоила 366 долларов плюс еще 21 доллар за доставку. Но нужного аккумулятора на сайте продавца не было! В конце концов, после продолжительной переписки выяснилось, что и дельтаплана на складе нет, – я должен сделать предоплату по непонятным реквизитам, а потом две недели подождать. М-да, сотовый телефон я так себе уже заказал – три месяца жду. Так что я вернулся в Москву и приобрел чуть более скромный AutoKite XP (размах крыла: 1400 мм, площадь крыла: 72 дм2, вес: 1500 г, длина: 1090 мм). Причем, взял последний экземпляр с витрины химкинского "Хобби-Центра".
Выставленный за 6800 рублей дельтаплан к полету был не готов (но зато как "витринный" экземпляр был собран!) – от меня требовалось докупить разной мелочевки на семь-девять тысяч, а именно:
• 2-тактный двигатель 0,12-0,15;
• 4-канальное радиоуправление с тремя сервомашинками;
• пропеллер;
• топливо;
• стартовое оборудование.
Модель в сборе (без двигателя) стоила уже 11 тысяч рублей, но меня это вполне устраивало, поскольку с ДВС я связываться не собирался и хотел оснастить ее электродвигателем. Собрать же дельтаплан и установить на него электронику самостоятельно я вряд ли бы смог.
Итак, на руках у меня был дельтаплан без двигателя, значит, для полета мне необходимо приобрести электродвигатель, контроллер к нему и аккумулятор. Двигатель бесколлекторный, подбирается по весу модели. Теоретически он должен давать для дельтаплана весом 1 кг до 400 Вт мощности при 1000 оборотах на вольт (на аккумуляторе 11,1В – около 11000 об./мин. на вольт). Если честно, характеристикам я не поверил, но двигатель приобрел, купив также контроллер "Пилотаж" на 40 А. Откуда из аккумулятора возьмется 40 А, для меня загадка до сих пор.
Воздушный винт подбирается по мощности двигателя и типу модели. Я на всякий случай взял три разных винта: один по таблице к двигателю и парочку поменьше, для эксперимента.
Что же до аккумуляторов, то выяснилось, что никель-кадмиевые всерьез уже никто не воспринимает, все сейчас летают на LiPo’вых (при той же емкости литий-полимерный аккумулятор весит гораздо меньше металл-гидридного). Самым неприятным сюрпризом оказалось специальное зарядное устройство для LiPo, слишком уж оно дорогое, но делать нечего – пришлось приобрести (впрочем, неприятным в этом устройстве была не только цена, но и то, что оно запитывалось только от 12 В).
Итак, двигатель бесколлекторный с внешним ротором (400 Вт, 1000 об./мин. на вольт), контроллер для двигателя (40-амперный, без выхода для питания приемника), аккумулятор LiPo (11,1 В, 2 А·час), программируемое зарядное устройство Kokam, воздушные винты от 9 до 12 дюймов – все это обошлось мне в семь-восемь тысяч рублей. Отдавать было жалко, однако тяга к небу сильнее денег. Но, как выяснилось, слабее притяжения.
Продавцы предупреждали меня, что на дельтаплане нужно летать в безветренную погоду. Я их не послушал и попытался запустить дельтаплан с руки при встречном ветре. Прибавил газу до максимума – и в голове еще мелькнула мысль, что надо было на тренажере полетать – да уже поздно? Вы никогда не видели, как дельтаплан делает мертвую петлю? Я почти сделал, да, как водится, земля помешала. Дачный сезон заканчивался. Интерес к полетам после первой неудачи у меня куда-то пропал. А дельтаплан провисел всю зиму на стене. В таком положении он выглядит лучше любой картины.