Jste zde

Smart City v dopravě

Antonín Vojáček, 25. Říjen 2020 - 20:02

Výraz "Smart City" je již slyšet ze všech stran. Ale jaké technologie se pod tímto označením vlastně aktuálně skrývají? Dnes se podíváme na možnosti v oblasti elektronického automatizovaného řízení dopravy a to nejen měst.

Smart City, tedy chytré město, je již několik let starý pojem, který obecně označuje moderní řešení organizace města a jeho služeb s použitím moderních technologií cloudového sběru a vyhodnocení mnoha dat IoT z velkého počtu různých bezdrátových senzorů, levných odolných bezdrátových displejů a terminálů, kamerových systému s vyhodnocením umělou inteligencí, rozšířené reality, autonomních systémů detekce a rozpoznání lidí i předmětů či kombinace udržitelných obnovitelných zdrojů energie.

Chytré řízení města pak zahrnuje hned několik oblastí, které lze realizovat sice samostatně, ale až jejich celkové spojení realizuje celkovou žádanou funkci Smart City.

Mezi základní oblasti chytré automatizace měst patří:

chytrá doprava města,
chytrá ekologie města,
chytrá energetika města,
chytré instituce a ostatní služby.

V tomto článku se konkrétně zaměříme na první položku chytré dopravy a popíšeme si aktuální možnosti realizace i budoucnost. V dalších článcích si pak postupně budu zabývat i dalšími uvedenými oblastmi.

Smart řízení dopravy

Doprava je klíčový systém každého města jako celek. Nejde ani tak o to, jak moc se preferují automobily, městská hromadná doprava či cyklistika apod., ale hlavní je pro zvolený koncept dopravy každého města vhodně zvolit úroveň automatizace, která však celý systém dopravy zefektivní, udělá více plynulým, v rámci možností více ekologickým a hlavně méně stresovým pro jeho účastníky. Tyto aspekty již do svých vyvíjených systémů tzv. e-mobility zahrnují velcí výrobci řídící techniky, jako např. Siemens.

V oblasti řízení dopravy města je důležitý vyspělý inteligentní systém řízení dopravy tvořený elektronickým značením (značkami) a adaptivními semafory, který umožňuje plynulé řízení propustnosti a směrování dopravy v reálném čase v závislosti na obsazenosti jednotlivých křižovatek, ulic či dopravních tahů. Hustota dopravy či situaci na křižovatkách se již dnes dá velmi kvalitně vyhodnocovat kamerovými systémy s vyhodnocením obrazu v reálném čase pomocí algoritmů umělé inteligence. Proměnnými značkami lze též snadno operativně vytvářet i rušit různé zvláštní vyhrazené pruhy pro určité složky dopravy, ať již to jsou autobusy, elektroauta, složky záchranného systému či cyklisti.

Technologie detekce a řízení dopravy společnosti Sick GmbH - viz článek "Měření intenzity dopravy pro silnice i dálnice".

Takovou technologii nabízí Siemens pod označením o technologie V2X (Vehicle-2-X) usnadňující dopravu z bodu A do bodu B, výměně informací mezi vozidly a dopravní infrastrukturou (např. virtuální značky), elektronické systémy výběru mýta nebo úsporné semafory a další řešení zvyšující efektivitu dopravních systémů.

Monitorování a řízení dopravy ve městech pak nabízí aplikace Siemens Sitraffic Scala. Na centrálních pultech se vyhodnocuje intenzita dopravy, na jejímž základě se pak automaticky přepínají signální plány tak, aby se například v případě ucpání jednoho směru prodloužil čas zelené a křižovatka se uvolnila. K tomu se využívá obraz z kamer umístěných na strategických místech. V datových centrech lze sbírat informace i o obsazenosti parkovišť, uzavírkách, nehodách a kolonách, informace o průjezdnosti MHD a mnoho dalšího. Mezi základní funkce aplikace Sitraffic Scala dle informací výrobce Siemens například jsou monitorování a poskytování informací o stavu hardwaru pro řízení dopravy, řízení křižovatek světelné signalizace, sběr dopravních dat (intenzita, obsazenost, délky dob volno/stůj) za účelem analýzy dopravy a tvorby signálních plánů nebo online vizualizace signálních plánů, zelených vln a topologie křižovatky.

Smart organizace parkování

S řízením dopravy souvisí i jasně organizovaný chytrý elektronický parkovací systém, který umožňuje s využitím IoT technologie průběžně monitorovat obsazenost jednotlivých parkovacích míst a informace jasně zveřejňovat nejlépe v elektronických mapách a ideálně zprostředkovávat informace do navigačních systémů automobilů či aplikace v chytrém telefonu. Tak je možné řidiče či přímo autonomní vozidla už přímo navádět na konkrétní volné parkovací místo. RFID systém čteček a čipů či kamerového vyhodnocené SPZ vozu pak elektronicky řeší zajištění vyhodnocení předplacených stání či zvláštních parkovací povolení pro invalidy či rezidenty.

Volnost parkovacích míst lze opět podobně jako v dopravě detekovat několika způsoby:

hromadně vyhodnocování obrazu kamerových systémů s umělou inteligencí, které současně jsou například v ulici již namontovány pro další účely (např. kontrolu kriminality)
pomocí podobně umístěných nekamerových radarových mikrovlnných systémů,
jednotlivě každé parkovací místo osadit IoT bezdrátovým senzorem, například uloženého v povrchu parkovacího místa.

V případě kamerového či radarového systému již Siemens nabízí a v Berlíně i realizoval takový parkovací systém Siemens s označením "Advanced Parking Management". Funguje tak, že do lamp pouličního osvětlení nebo na fasády budov se umístí radarové senzory, které neustále sledují parkovací plochy a podávají informace o jejich obsazenosti. Městská správa tyto informace shromažďuje, využívá je a současně je předává řidičům. Princip celého systému je jednoduchý: senzory zhruba o velikosti pěsti dospělého člověka vysílají mikrovlny do předem stanoveného prostoru. Pokud vlny narazí na překážku, odrazí se zpět k senzoru, který je zachytí. Speciální algoritmus následně vypočítá, zda se zjištěný objekt nachází na místě pro parkování, a pokud ano, jak je velký a v jaké je pozici. Radarové senzory tohoto systému mají nižší rozlišení než běžné monitorovací kamery. V tomto případě je to však výhoda, protože tak lze získávat pouze schematické zobrazení, takže není dotčeno právo na ochranu osobních údajů.

V případě provádění sledování každého jednotlivého parkovacího místa lze systém realizovat jako detekci zaparkovaného auta na principu zaclonění okolního světla zaparkovaným automobilem, pod dlažbou uloženým piezosenzorem vyhodnocující změnu zatížení, či anténou detekující změnu elektromagnetické indukce. Takové senzory s LPWAN bezdrátovým přenosem mohou pracovat dlouhodobě (i mnoho let) jen z vlastní malé baterie a jsou tak snadné na instalaci, protože nevyžadují žádné "přitažení drátů", i snadné na údržbu (senzory si sami vyšlou požadavek, když budou mít nějaký problém). Podobně řešené senzory již nabízí i společnost Siemens jako "Zemní bezdrátový parkovací senzor", který svým vzhledem připomíná puk. Pracuje na principu infračerveného záření, přičemž v případě, že dojde k zakrytí infrasenzoru, například v zimních měsících sněhem, probíhá detekce prostřednictvím elektromagnetické indukce. Odolnost proti teplotním výkyvům se pohybuje v rozmezí -10 °C až +55 °C. Bezdrátový přenos informací z/do senzoru zajišťuje interní anténa a baterie dokáže udržovat senzor v provozu po dobu 5–7 let a poté ji lze samozřejmě vyměnit. Senzor může dobře vzdorovat i mechanickým vlivům. Jeho kupolovitá část byla s pozitivním výsledkem testována na zátěž až 10 000 kg. Ploché provedení celého zařízení navíc eliminuje nebezpečí jeho fyzického poškození při zimní údržbě.

Princip Siemens parkovacího systému "Advanced Parking Management" (převzato z webu https://new.siemens.com/cz/cs/reseni/chytramesta/zlepsit-parkovani.html).

Smart informace hromadné dopravy

V oblasti veřejné dopravy je důležitá implementace plně elektronických jízdních řádů se vzdáleně předávanými informacemi o aktuálním stavu dopravy na dané zastávce či terminálu, tedy přesné aktuální informace, za jak dlouho přijede další spoj, kam pojede a případně i jeho aktuální obsazenost, aby mohl cestující převážející nějaké větší předměty dopředu promyslet, zda se do přepravního prostoru vejde či nikoliv. Samozřejmě by tyto informace byli k dispozici i na interaktivní aplikace pro chytrý telefon.

Velmi praktické pro cestující při přestupech na navazující spoje na vlakových, autobusových či tramvajových terminálech může být implementace technologie rozšířené reality, kdy chytrý telefon přidává do snímaného obrazu okolí směrovky / šipky navádějící každého cestujícího přímo na nástupiště dalšího spoje podle jeho navolené cestovní trasy. To by eliminovalo jeden z největších stresorů lidí z hromadné dopravy, tedy stres z dezorientace při hledání příslušného nástupiště.

Tuto funkci již avizuje ve svých budoucích systémech již například Siemens divize Mobility jako platformu označenou MaaS (Mobility as a Service) a PIS+ (Passenger Information System Plus).

Transport-On-Demand

Další přidruženou užitečnou moderní funkcí k efektivnímu řízení hromadné dopravy, hlavně příměstské, okrajové či v oblastí průmyslových zón, je pak i tzv. Transport On Demand (ToD), tedy přeprava na vyžádání. To je interaktivní hromadná doprava ideální pro málo vytížené spoje na krajích měst či v průmyslových zónách. Zde trasa například autobusu optimalizuje podle toho, ze kterých zastávek chtějí lidé cestovat, či na kterých zastávkách se nacházejí cestující, kteří vyslali požadavek na přepravu. Dá se říci, že je to takové moderní verze zastávek na znamená s tím, že pokud na některých odlehlejších zastávkách nejsou cestující, autobus tam již vůbec nezajíždí a tím se mohou ušetřit pohonné hmoty (či elektrická energie), opotřebení vozidel i snížit zbytečné zahlcování silnic nevyžádanou zbytečnou dopravou.

Tento systém již v různých konfiguracích využívají malý přepravci, například organizující přepravu mezi letišti a externímu odstavnými parkovišti. V případě pražského letiště Ruzyně tak například dlouhodobě úspěšně funguje služba GoParking. Ale s využitím moderních prostředků lze ToD systém implementovat i přímo do běžné hromadné dopravy, například autobusové. Také prakticky již to v rámci svého rozvoje dopravy implementuje město Rijád či LeHavre v prostřednictvím projektů firem Siemens Mobility či Transdev. Tam, kde se režim ToD již zavedl se povedlo současně zvýšit obslužnost hromadné dopravy a snížení nákladů i ekologické zátěže, nebo naopak bez navýšení provozních nákladů zavést dopravu i do méně vytížených míst a díky tomu snížit dopravu i těchto lidí do práce či za zábavou pomocí automobilů.

Podobně stejně dobře však lze ToD použít pro realizaci hromadné dopravy v krajích s velkou hustotou vesnické zástavby, kde je problém hromadnou dopravu realizovat jako finančně udržitelnou. Buď dopravce realizuje méně spojů než lidi potřebují pro cestování do práce, úřadů či za zábavou a tak lidí si raději koupí a jezdí auty, nebo dopravce realizuje více spojů, ale ty jsou pak zase málo vytížené a tedy nerentabilní pro přepravce. Oba tyto problémy řeší moderní technologie ToD, kdy si cestující dopředu v aplikaci či na webu přepravce zadají v dostatečném předstihu jednorázový či opakující se požadavek na cestu, kdy a z jaké dané nejbližší zastávky a na jakou kam potřebují cestovat a automatický systém přepravce na základě vyhodnocení všech požadavků v určitém časovém okně vytvoří nejvhodnější a nejvíce efektivní trasu autobusu a vyšle potvrzující zprávu příslušným lidem s konkrétním časem příjezdu na danou zastávku. Případní cestující "na poslední chvilku" si přes aplikaci mohou "přidat" do již naplánovaného spoje, pokud jim aplikaci potvrdí volné místo.

Toto samozřejmě by nebylo možné řešit bez dostatečně výkonného PC a softwaru, který vyhodnotí všechny možné varianty požadavků cestujících a trasy tak, aby byla časově schůdná pro požadavky cestujících i efektivní náklady pro přepravce. Toto je však to správné využití moderních technologií pro současné zvýšení dostupnosti hromadné dopravy, zajištění dlouhodobě udržitelných nákladů přepravce i v době velmi proměnné poptávky po přepravě a současně udržení ceny přepravného nižší než náklady lidí na provoz vlastního osobního auta.

Základní idea systému ToD (Transport-On-Demand) spočívá v optimalizaci trasy veřejné dopravy a tím i možnost zvýšení počtu spojů i do málo osídlených míst.

Smart autonomní doprava

Budoucnost chytré přepravy je pak jednoznačně v autonomních přepravních "busech" různých velikostí, které budou daleko flexibilnější v uvedené službě Transport-On-Demand, protože vozy budou vždy připraveny vyrazit, jakmile bude dostatečná poptávka a nebude již tato hromadná doprava závislá na faktoru pracovní doby a flexibility lidských řidičů. Cena se tak přepravě může odvíjet od toho jak kdo zrovna spěchá a tedy zda chce co nejdříve příjezd malého flexibilního vozu spíše podobné TAXI či si počká na levnější skutečně hromadnou přepravu větším busem. Ale to ještě hudba vzdálenější budoucnosti, i když, kdo ví, jak rychle se to v moderním hektickém světě reálně vyvine?