V Brně řeší dopravu na Manhattanu

Semafory ve městech dostávají svou vlastní inteligenci. Systémy na řízení dopravy podle aktuálních dat z mnoha zdrojů se vyvíjí i v Brně. Zhruba 75 inženýrů ve vývojovém centru koncernu Siemens Mobility navrhuje jádro technologií, které pak usměrňují dopravu ve městech.

Výsledky práce brněnských vývojářů jsou vidět nejen v evropských metropolích, ale i v zámoří. Setkávají se s nimi například řidiči v Miami na Floridě nebo na Manhattanu v New Yorku. "Vytváříme veškerý software, samotné zařízení se pak montuje v Anglii," popisuje šéf brněnského týmu Miloš Ohlídal. Už nejde jen o hledání cest, jak pomocí čidel detekovat dopravu a následně navrhovat algoritmy, které řídí například semafory. Obor směřuje k autonomnímu řízení vozidel. Infrastruktura začíná s auty komunikovat.

Kolo, nebo nákladní auto

Dopravní systémy jsou dnes navrhovány tak, aby si vedení města mohlo samo říct, jaké jsou jeho priority. "Může preferovat cyklisty, MHD, nákladní nebo osobní auta," popisuje Ohlídal. V Nizozemsku tak dostává více prostoru detekce cyklisty blížícího se ke křižovatce, aby mu přednostně naskočila zelená a mohl snadno projet.

Nizozemsko je ale v tomto ohledu specifické. Jinde se nejčastěji orientují na podporu MHD. Doprava napříč městem je řízena tak, aby autobusy a tramvaje nečekaly na semaforech. "To dává smysl, ve vozidlech MHD projedou desítky lidí, pár lidí v autech počká," dodává. Má to i výrazný ekonomický a ekologický efekt. Čím více stojí vozidla městské dopravy v kolonách, tím více jich musí v ulicích být a tím více se znečišťuje prostředí. Když městem projedou rychleji, nemusí se jich pořizovat tolik.

Objevuje se také měření emisí − pokud jsou nastavené limity překročeny, vjezd do centra je omezen. V Hamburku zase preferují, aby se vlna kamionů z právě vyložené lodi dostala co nejrychleji na dálnici a neovlivňovala dlouho provoz ve městě. Detekují se kamiony vyjíždějící z přístavu, a když jich je více, dostanou prioritu, aby byly rychle pryč.

Existují i opatření, která řidiči většinou vnímají negativně, přitom jsou z pohledu měst důležitá. Jde například o zdánlivě zbytečné omezení rychlosti na dálnici deset kilometrů před městem. "Cílem je zpomalit proud aut a nezahltit město," popisuje Ohlídal. Čidla i desítky kilometrů daleko detekují velký provoz směrem k městu, a když systém dojde k závěru, že hrozí dopravní kolaps, zpomalením již v předstihu se podaří proud aut dostat pod kontrolu.

To platí i pro takzvanou červenou vlnu směrem k centru. Systém drží kolonu dál například v širším centru, aby auta nezahltila samotný střed města. Řidiči mohou mít pocit, že je jejich červená na semaforu zbytečná. Má ale svůj účel.

Dopravní laboratoře ve městech

Dopravní tok je možné optimalizovat pomocí inteligentního dopravního modelu v kombinaci se zkušenostmi dispečerů a dopravních inženýrů. Účinnost jednotlivých opatření lze navíc rychle ověřit v reálném provozu, hned je vidět, zda změna dopravu zlepšila, či nikoliv. Město se může stát doslova dopravní laboratoří, kde dispečeři mohou zkoušet různé přístupy. Díky on-line datům o provozu pak mají přehled o tom, jak které nastavení funguje.

Současné řízení dopravy je dynamické a mění se podle konkrétní situace, semafory se tak chovají jinak v různých částech dne a v různých podmínkách. Je také stále více prediktivní, kdy dokáže odhadovat, co se bude dít dál. Například přetížení jedné křižovatky může řetězově způsobit problémy na několika dalších. Pokud k tomu došlo v minulosti, systém historických dat využívá a může adekvátně reagovat.

Některá města také chtějí zajistit přednost vozů integrovaného záchranného systému. Jde nejen o to, aby byly v cíli rychleji, ale i o to, aby byl průjezd křižovatkami co nejbezpečnější. Řidiči mohou blížící se hasiče nebo sanitku přehlédnout, rychlé přenastavení semaforů pomůže nehodám zamezit. Do systémů se také vkládají scénáře pro mimořádné situace, které je v případě potřeby možné aktivovat.

Řízení dopravy zatím přímo nespolupracuje s navigacemi v autech, ale i tím, jak se nastaví průjezd křižovatkami, lze ovlivnit doporučení moderních navigací řidičům. Pokud například ve směru rovně svítí převážně červená a u odbočení vpravo je téměř stále zelená, projedou tudy řidiči rychleji a navigace to začnou považovat za rychlejší trasu a budou ji řidičům nabízet. Proto i samotné nastavení křižovatky ovlivní to, kudy proudy aut nakonec zamíří. Cílem může být, aby případné kolony vznikaly tam, kde vadí nejméně.

Křižovatky už mohou být řízeny prakticky automaticky, to je výrazná změna proti městům, jež ještě spoléhají na staré postupy. "Tam dopravu řídí dispečeři, kteří spoléhají na své zkušenosti," říká Ohlídal. Jenže těchto expertů je ve velíně velkého města obvykle jen několik. Nezvládnou se věnovat všem křižovatkám a uřídí jen některé tahy městem. Doprava celým městem přitom funguje jako ucelený organismus, a tak je třeba na ni také pohlížet.

Auta mluví se semafory

V Brně nezískali zodpovědnost za vývoj systémů řízení dopravy hned. Nejdříve jen vypomáhali německému vývojovému centru. "Až když jsme se osvědčili, postupně jsme získali víc kompetencí," přibližuje Ohlídal. Toho práce na zlepšování dopravy baví. Když po škole přemýšlel, co bude dělat, a chtěl zajímavou a pestrou práci, doporučili mu právě Siemens. Nejprve pracoval jako vývojář a dostal se k tvorbě parkovacích automatů − nejdřív jako člen německého týmu, pak jako šéf rychle rostoucího českého týmu. Později převzal vedení celého softwarového vývoje v Brně a řídil i projekt chytrých silnic.

Nyní zajišťují v Brně většinu vývoje v řízení dopravy. Některá témata z Německa převzali a navázali na ně. Moderní technologie Car2X, tedy komunikace vozidel s infrastrukturou a mezi sebou, které jsou základem chytrých silnic, začali vyvíjet od začátku.

Budoucnost tohoto oboru je právě v komunikaci. Ta má v budoucnu umožnit i plně autonomní auta. Už nyní mohou nejmodernější vozy dostávat informace o dopravní situaci, nehodách, světelných křižovatkách či o tom, zda je někde náledí. S těmito informacemi se po světě postupně učí pracovat například vozy záchranného systému, v Americe pak taxislužby. I některé nové osobní vozy v Česku už umí takové informace přijímat − například poslední generace Volkswagenu Golf.

Tyto technologie přináší výrazné zlepšení bezpečnosti, ale i plynulosti dopravy, ve výsledku pak mají i pozitivní ekologický dopad. Průjezd městy s minimem zastavování a rozjezdů snižuje spotřebu a emise vozů. Pomáhají i informace o semaforech. Když bude řidič (nebo auto, které se řídí samo) vědět s předstihem, že na semaforu padne červená, může tomu uzpůsobit svou rychlost a snížit spotřebu paliva. Bez této informace ale musí často na poslední chvíli brzdit. S lépe řízenou dopravou a lepšími informacemi se zvýší i kapacita silnic.

Další výhody mají přinést plně autonomní vozidla. "Nehodovost by mohla klesnout o více než 95 procent, což je podíl lidské chyby," říká Ohlídal. Lidé potřebují sekundu na reakci, stroje ale reagují téměř ihned. Díky tomu by automatická auta mohla jezdit blíže u sebe a vzhledem k tomu, že budou komunikovat se semafory a mezi sebou, mohou se domluvit, jak nejlépe projet křižovatku bez zastavení.

Co nejvíce dat

"Pořád tu ale budou chodci," připomíná Ohlídal. Právě oni zůstanou i ve vzdálenější budoucnosti nevyzpytatelným prvkem. Například v USA Siemens řešil případ, kdy se poblíž soudu ve dnech zasedání poroty pohybovali chodci a docházelo k nehodám. Bylo potřeba přijít se systémem, který je bude detekovat a auta varovat. Právě různé senzory zlepšují možnosti řízení dopravy. Dávají řídicím systémům informace, kde jedou jaké vozy, kde se pohybují chodci a kde cyklisté, a s pomocí algoritmů a historických dat pak umožňují odhadovat, kam kdo míří.

V Brně vytváří algoritmy, kterými se systémy řídí a podle kterých se i učí. Důležité je dostat do systému co nejvíce dat a co nejvíce různých scénářů. Například jak to vypadá po skončení fotbalového zápasu a jak reagovat v řízení křižovatek. Podle týmů, které spolu hrály, se dá s pomocí historických dat velmi dobře odhadnout, kam auta zamíří a kde mohou vznikat problémy. Tyto systémy lze také neustále vylepšovat, proto samotnou instalací čidel práce nekončí.

Důležité je na situace reagovat dříve, než se stanou. Co se bude dít, lze na základě historických dat a aktuálního stavu predikovat a opatření se dají přijmout v předstihu. Podle průzkumů se propustnost křižovatek zavedením těchto opatření zvýší o 20 procent. "A to je ještě před zavedením Car2X," podotýká Ohlídal. Tato technologie přinese další možnosti zlepšování.

 Připraveno ve spolupráci se společností Siemens Mobility.