Преимущества приоритета транзитных сигналов для снижения заторов в городах

Городские заторы стали одной из самых насущных проблем для городов во всем мире. По мере роста населения и увеличения числа транспортных средств дорожные сети часто становятся забитыми, что приводит к увеличению времени поездок на работу, увеличению загрязнения воздуха и значительным экономическим потерям. По данным Техасского института транспорта A&M, перегруженность стоила Соединенным Штатам примерно 87 миллиардов долларов в 2018 году, при этом средний пассажир терял почти 54 часа в год до задержек. В то время как многие стратегии - от цен на перегруженность до расширенных велосипедных дорожек - развертываются, одна технология оказалась особенно эффективной в том, чтобы сделать существующую инфраструктуру лучше для людей, которые в ней больше всего нуждаются: Приоритет транзитных сигналов (TSP).

TSP - это умный метод управления движением, который дает автобусам и трамваям возможность запрашивать зеленый свет или расширенную зеленую фазу, когда они приближаются к перекрестку. Сокращая ненужные остановки красного света, TSP обеспечивает надежную передвижение общественного транспорта, делая его более привлекательным вариантом для пассажиров. Когда больше людей выбирают транзит вместо вождения, общее количество транспортных средств на дороге уменьшается, транспортные потоки улучшаются, а города становятся чище и более пригодными для жизни. В этой статье исследуется механика TSP, его многочисленные преимущества, примеры реализации в реальном мире и то, как он вписывается в более широкое видение умной, устойчивой городской мобильности.

Что такое приоритет транзитных сигналов?

Приоритет транзитного сигнала - это стратегия управления сигналом, которая временно изменяет нормальное время сигнала на перекрестке, чтобы облегчить прохождение транзитного транспортного средства - обычно автобуса или трамвая. В отличие от аварийного транспортного средства, которое заставляет немедленно озеленить и очищает все другие движения для безопасности, TSP делает скромную настройку на цикл сигнала, чтобы помочь транзитным транспортным средствам оставаться в графике, не вызывая серьезных сбоев в перекрестном движении.

Существует два основных типа TSP:

В рамках активной ТСП системы также могут быть условными (предоставление приоритета только позднебегающим транспортным средствам) или безусловными (предоставление приоритета каждому приближающемуся транзитному транспортному средству).

Технология, лежащая в основе TSP, значительно эволюционировала. Ранние системы использовали индукционные петли, встроенные в дорожные или инфракрасные сигналы. Сегодня GPS-отслеживание местоположения, специализированные коммуникации ближнего радиуса действия (DSRC) и сотовые сети позволяют получать высокоточные и надежные приоритетные запросы. Программа Intelligent Transportation Systems (ITS) Министерства транспорта США поддерживает комплексные стандарты для реализации TSP, обеспечивая совместимость между различными производителями и контроллерами сигналов.

Как ТСП уменьшает заторы в городе

Основной механизм, с помощью которого TSP уменьшает заторы в городе, заключается в том, чтобы сделать общественный транспорт быстрее и надежнее, тем самым смещая режим обмена от частных автомобилей. Ниже мы подробно рассмотрим каждое из ключевых преимуществ.

Сокращение задержек общественного транспорта

Одним из самых разочаровывающих аспектов езды на автобусе является непредсказуемость времени работы. Автобус, который ловит несколько красных огней, может сильно отставать от графика, заставляя пассажиров ждать дольше и снижая частоту обслуживания. TSP напрямую решает эту проблему, сокращая количество дорожных сигналов, останавливающих встречи с автобусом. Исследования из программы Transit Cooperative Research Program (TCRP) показывают, что TSP может сократить время транзитных поездок на 5-15 процентов и повысить надежность расписания с аналогичным отрывом. В Сиэтле автобусная система RapidRide, оснащенная TSP, сократила время поездок до 20 процентов в некоторых коридорах.

Когда транзит становится более надежным, пассажиры чувствуют себя более уверенно, используя его. Это увеличение количества пассажиров создает добродетельный цикл: больше пассажиров означает больше доходов для агентств, которые затем могут инвестировать в еще лучшее обслуживание. Как город Портленд нашел с его системой трамваев, TSP способствовал 75-процентному улучшению производительности в режиме реального времени, что делает трамвай популярной альтернативой вождению в центре города.

Снижение пробок на дорогах в целом

Каждый автобус или трамвай, который работает быстро и эффективно, может убрать с дороги десятки автомобилей. Полностью занятый автобус может перевозить от 40 до 60 пассажиров, в то время как трамвай может вместить 150 или более. Сокращая количество транспортных средств, конкурирующих за ограниченное дорожное пространство, TSP помогает снизить общую плотность движения, что приводит к более быстрому времени в пути для всех, включая водителей. Это известно как «эффект смены режима». Исследование моделирования Калифорнийского университета в Беркли показало, что хорошо разработанная система TSP на главной артерии может сократить общее время в пути по коридору на 10-20 процентов, даже после учета небольших задержек, наложенных на перекрестное движение.

Важно отметить, что TSP не создает приоритет в вакууме; он предназначен для минимизации воздействия на другие транспортные средства. Большинство современных систем TSP включают ограничения, которые ограничивают, как часто приоритет может быть предоставлен и как долго, гарантируя, что общая сеть работает эффективно. Например, программа TSP Департамента транспорта Нью-Йорка на маршруте M15 Select Bus Service использует периоды «восстановления» между приоритетными запросами для восстановления нормального времени сигнала и предотвращения чрезмерных задержек для других участников дорожного движения.

Снижение выбросов и загрязнения воздуха

Стоп-и-госперевозки являются основным фактором загрязнения воздуха в городах. Когда транспортные средства простаивают на красных фонарях, они сжигают топливо без движения, выделяя углекислый газ, оксиды азота и твердые частицы. Автобусы, в которых часто есть дизельные двигатели, являются особенно тяжелыми загрязнителями при остановке. TSP сокращает количество остановок и перезапуска автобусов, сокращая ненужное время простоя. Исследование 2019 года Международного совета по чистому транспорту показало, что TSP может снизить потребление топлива на автобусах на 5-15%, с соответствующим сокращением выбросов парниковых газов.

Кроме того, когда частные автомобили заменяются транзитными поездками, чистое сокращение выбросов еще больше. По оценкам Европейской комиссии, перемещение всего 5 процентов автомобильных поездок на общественный транспорт может сократить общие выбросы CO2 на 10 процентов в городских районах. Делая общественный транспорт более привлекательным, TSP косвенно поддерживает климатические цели и политику чистого воздуха.

Улучшение городской мобильности и справедливости

Не все имеют автомобиль или могут ездить. Пожилые люди, инвалиды, семьи с низким доходом и молодые люди зависят от общественного транспорта для своих повседневных потребностей. Когда автобусы задерживаются, эти уязвимые группы страдают больше всего: они могут пропустить медицинские встречи, потерять возможности трудоустройства или быть вынуждены тратить часы на поездки. TSP улучшает качество жизни для транзитозависимых групп населения, делая время в пути короче и более предсказуемым.

Более быстрый и надежный транзит помогает связать работников с рабочими местами и потребителей с услугами. В Лос-Анджелесе линия метро Orange использовала TSP вместе с выделенными автобусными полосами для создания времени в пути, которое было конкурентоспособным с вождением, стимулируя коммерческое развитие вдоль коридора. В докладе 2022 года от Национальной ассоциации городских транспортных чиновников (NACTO) подчеркивается, что TSP является экономически эффективным инструментом для продвижения транспортного капитала при развертывании на маршрутах, обслуживающих обездоленные сообщества.

Тематические исследования: TSP в реальном мире

Несколько городов успешно внедрили ТСП. Изучение их опыта дает практические знания для других городских районов, рассматривающих эту технологию.

Сиэтл, Вашингтон — RapidRide и метро округа Кинг

Сиэтл является пионером в развертывании TSP. В метро округа Кинг начали внедрять TSP в 1990-х годах и с тех пор расширили его до более чем 700 перекрестков. Система использует комбинацию GPS и радиосвязи для запроса приоритета для автобусов, которые отстают от графика. Ключевым уроком из Сиэтла является важность интеграции TSP с другими мерами приоритета транзита, такими как маршруты только для автобусов и сбор платы за проезд за борт. В сочетании эти инструменты создали сеть RapidRide, которая видела увеличение количества пассажиров на 30-50% вдоль приоритетных коридоров. Для более подробной информации Департамент транспорта Сиэтла публикует ежегодные отчеты о своих транзитных показателях.

Лондон, Великобритания — iBus и TSP

Обширная автобусная сеть Лондона опирается на систему iBus, которая предоставляет данные о местоположении в режиме реального времени и позволяет TSP на тысячах перекрестков. Transport for London (TfL) сообщает, что TSP сократил время поездки на автобусе в среднем на 10 процентов и улучшил пунктуальность на 12 процентов. Система также подает данные в центр управления движением города, позволяя операторам динамически контролировать общую загруженность и корректировать время сигнала. TSP Лондона особенно примечателен своим комплексным подходом, связывая приоритетные запросы с центральными системами управления, которые уравновешивают потребности всех участников дорожного движения.

Портленд, Орегон — приоритет трамваев и автобусов

Система трамваев Портленда была одной из первых в Соединенных Штатах, которая использовала условный TSP. Система предоставляет приоритет только трамваям, которые отстают от графика, предотвращая получение несправедливого преимущества перед запланированными транспортными средствами. Этот подход позволил сократить время проезда трамваев менее чем на одну секунду на перекрестке, одновременно сокращая время проезда трамваев на 15 процентов. Портленд также расширил TSP на свои частые автобусные маршруты, способствуя цели города по сокращению пройденных миль на душу населения. Портлендское бюро транспорта предлагает технические ресурсы для его внедрения TSP в Интернете.

Проблемы и соображения

Хотя ТСП предлагает явные преимущества, это не серебряная пуля. Города должны тщательно планировать и внедрять систему, чтобы избежать непреднамеренных негативных последствий.

Влияние на перекрестный трафик

Если TSP предоставляется слишком часто, транспортные средства на пересекающейся улице могут столкнуться с более длинными красными огнями, что приводит к обратному протеканию и заторам на прилегающих дорогах. Это особенно проблематично, когда несколько транзитных маршрутов сходятся на одном перекрестке. Стратегии смягчения включают ограничение частоты приоритетных запросов, использование условного приоритета (только для поздних автобусов) и координацию TSP с адаптивными алгоритмами управления сигналами, которые уравновешивают общую производительность сети.

Первоначальные затраты и инфраструктура

Установка TSP требует как бортового оборудования транспортных средств (приемники GPS, транспондеры или сотовые модемы), так и модернизации контроллеров дорожных сигналов. Для небольших агентств с ограниченными бюджетами эти затраты могут быть барьером. Однако многие города обнаружили, что окупаемость инвестиций от снижения потребления топлива, улучшения производительности в режиме реального времени и увеличения количества пассажиров перевешивает первоначальные расходы. Федеральные гранты и государственные программы финансирования, такие как Программа по снижению заторов и улучшению качества воздуха (CMAQ), часто доступны для компенсации затрат на установку.

Совместимость и стандарты

Различные производители контроллеров дорожных сигналов используют различные протоколы связи, что затрудняет развертывание TSP в регионе с различным оборудованием. Национальная транспортная связь для протокола ITS (NTCIP) обеспечивает общий язык для систем контроллеров, но не все устройства полностью совместимы. Города должны провести тщательные тесты совместимости перед развертыванием и, возможно, потребуется бюджет для модернизации контроллеров.

Проблемы справедливости

Критики иногда утверждают, что ТСП отдает приоритет транзиту пешеходов, велосипедистов или другим режимам. Важно разработать ТСП таким образом, чтобы не чрезмерно увеличивать время ожидания пешеходов или создавать небезопасные условия пересечения. Многие современные системы включают логику «пешеходного зазора», которая гарантирует, что уязвимые участники дорожного движения не будут пойманы посреди перекрестка, когда приоритет предоставляется. Кроме того, ТСП следует развертывать на маршрутах, обслуживающих маргинализированные сообщества, для продвижения справедливости, а не только на маршрутах с высокой степенью проходимости в богатых районах.

TSP в контексте умного города и мобильности будущего

По мере того, как города инвестируют в интеллектуальные транспортные системы, TSP становится основополагающим компонентом более крупной цифровой экосистемы. Интеграция TSP с другими технологиями умного города умножает его преимущества.

Интеграция с адаптивным управлением сигналом

Адаптивные системы управления сигналами, такие как SCATS или RHODES, непрерывно корректируют время сигнала на основе объемов трафика в реальном времени. При сочетании с TSP эти системы могут удовлетворять запросы приоритета при оптимизации общего потока трафика. Например, система может предоставить приоритет автобусу, но одновременно сократить зеленый на перекрестке улиц только на минимум, необходимый для предотвращения создания очередей. Исследования из Университета Аризоны показывают, что интегрированное адаптивное управление с TSP может уменьшить общую задержку человека на 20-30% по сравнению с изолированным TSP.

Подключенные и автономные транспортные средства

Рост технологии подключенных транспортных средств (C-V2X) сделает TSP еще более мощным. Автобусы, оснащенные V2X, могут обмениваться не только сигналами движения, но и с другими транспортными средствами, делясь своим положением и предполагаемыми движениями. Это позволяет прогнозировать приоритет - сигнал может заранее подготовиться к автобусу, а окружающие автомобили могут получать оповещения, чтобы избежать внезапного торможения. В будущем автономные автобусы будут полагаться на TSP для поддержания плотного графика, а эффективность TSP будет иметь важное значение для успеха автономных транзитных систем.

Операции транзита, управляемые данными

Современные системы ТСП генерируют множество данных: местоположение автобуса, время в пути, изменения состояния сигнала и результаты запросов. Транзитные агентства могут использовать эти данные для точной настройки графиков, выявления узких мест и оценки эффективности приоритетных коридоров. Некоторые агентства уже используют машинное обучение для прогнозирования времени прибытия автобусов и динамической корректировки стратегий ТСП. На веб-сайте Smart Cities Dive регулярно представлены тематические исследования городов с использованием аналитики данных для оптимизации систем приоритета транзита.

Заключение

Приоритет транзитных сигналов является проверенным, экономически эффективным инструментом для снижения городских заторов, улучшения качества воздуха и повышения привлекательности общественного транспорта. Предоставляя автобусам и трамваям мягкий толчок через перекрестки, TSP сокращает время в пути для миллионов пассажиров, поощряет переход в режим от частных автомобилей и поддерживает более широкие цели в области устойчивого развития. Как показывают тематические исследования из Сиэтла, Лондона и Портленда, продуманное внедрение - с тщательным вниманием к перекрестным воздействиям, стоимости и справедливости - дает существенные вознаграждения.

По мере того, как города продолжают расти и сталкиваются с двойными проблемами перегруженности и изменения климата, TSP станет все более важной частью инструментария «умного города». В сочетании с адаптивным управлением сигналами, подключенными технологиями транспортных средств и операциями, основанными на данных, TSP может помочь создать городские транспортные сети, которые являются эффективными, справедливыми и устойчивыми. Городские планировщики, транзитные агентства и политики должны рассматривать TSP не как отдельное решение, а как неотъемлемый элемент всеобъемлющей стратегии устойчивой городской мобильности. Дорога к менее перегруженным, более чистым городам проходит через более интеллектуальные дорожные сигналы - и Приоритет транзитных сигналов является одним из наиболее эффективных способов добраться туда.