Подскажет и проконтролирует: в Самарской области строят «Умную дорогу»

Фундаментом любой цифровизации, в том числе и автомобильных дорог, служит телекоммуникационная инфраструктура, для строительства которой все чаще используется технология, основанная на микротрубочной кабельной канализации, размещаемой в теле автодороги.

Пакет микротрубок укладывают в обочине в минитраншею шириной 10 см и глубиной 35-60 см. Затем в микротрубки, которые выполняют роль кабельной канализации, прокладывают волоконно-оптические микрокабели емкостью 8-288 волокон.

Такая технология может обеспечивать сплошное покрытие автодорог оптоволокном. При этом она легко масштабируется, что позволит строить ежегодно от 10 тыс. до 35 тыс. километров инфраструктуры для цифровизации опорной сети автомобильных дорог России.

Микрокабельная канализация уже уложена на дорогах различных категорий общей протяженностью около 1,5 тыс. км: на участке трассы М3 в Калужской области и в Самарской области - практически до каждого города и районного центра, а также на строящемся «Обходе Тольятти». Сейчас проходит согласование применения технологии на новых платных дорогах транспортных коридоров России.

В России такую технологию строительства линий связи применяет только «СМАРТС». Компания уже имеет многолетний опыт эксплуатации построенных объектов и НИРы, которые показывают, что все элементы дорог сохраняют свои прочностные характеристики, а укладка оптоволокна ускоряется примерно в 10 раз при значительной экономии средств на создание телекоммуникационной инфраструктуры.

Но прокладка оптоволокна в этом проекте не является главной целью, автодорожная оптоволоконная инфраструктура создается как инструмент для решения сразу нескольких важнейших задач. Первая из них - подключение комплексов автоматизированной системы управления дорожным движением (АСУДД) и объектов технологической сети связи Vehicle-to-everything (V2X) для обеспечения движения высокоавтоматизированного транспорта.

Концепция связи V2X - это технология коммуникаций между транспортным средством и любым объектом, который может на него повлиять или может быть им затронут. Она подразумевает создание автодорожной экосистемы, включающей в себя другие подсистемы, такие, например, как V2I (автомобиль-инфраструктура) и V2V (автомобиль-автомобиль). Технология V2X - основа для развития и внедрения беспилотных логистических коридоров между опорными логистическими центрами, которые, в свою очередь, обеспечат многократное сокращение сроков доставки грузов и увеличение безопасности пассажиров.

Проект «СМАРТСа» предполагает объединение дорожной инфраструктуры через оптоволокно в единую систему с элементами V2X отечественного производства. Для создания радиопокрытия автомобильных дорог сетью V2X вдоль них устанавливают специальные придорожные антенны Road Side Unit (RSU), а сами транспортные средства должны быть оснащены бортовыми блоками On Board Unit (OBU).

Инфраструктура V2X позволяет также решить одну из основных в настоящее время проблем - точность позиционирования подключенных и беспилотных транспортных средств на автодороге. Для этого будет использоваться технология Real Time Kinematic (RTK, кинематика реального времени) - совокупность приемов и методов получения плановых координат и высот точек местности сантиметровой точности с помощью спутниковой системы навигации посредством получения поправок с базовой станции RSU. OBU использует эти поправки для точного определения местоположения.

Следует отметить, что отечественные технологии позволят одновременно использовать различные сервисы коммуникаций дороги и автомобиля как по европейскому стандарту ETSI ITS-G5, так и по китайскому 3GPP C-V2X. Одновременная работа в двух стандартах - это уникальное решение, которое внедряется в России.

«Можно провести аналогию с историей становления мобильных телефонов, - поясняет значение внедряемых технологий директор по маркетингу «СМАРТС» Алексей Сафонов. - Когда-то они использовались только для голосовой связи. Сейчас смартфоны потребляют десятки гигабайт трафика и обладают гораздо большим функционалом, чем обычный телефон. Они стали автоматизированными персональными помощниками, предоставляющими доступ к цифровой экосистеме и миллионам сервисов. Аналогичные процессы запускает технология V2X, которая сейчас активно развивается во всем мире. Автомобиль со временем также трансформируется в современный гаджет. Он уже умеет работать в беспилотном режиме, передавать информацию о своем техническом состоянии, о здоровье водителя, качестве дорог и предоставлять пассажирам мультимедийный онлайн-контент в высоком разрешении».

Продолжая параллель с телефонами, в компании отмечают, что, как и в сотовой связи, базовые станции должны подключаться по волоконно-оптическим линиям связи. Именно они служат опорной магистралью для передачи данных. Оптимальным вариантом для подключения придорожных блоков RSU сети V2X является подключение каждой базовой станции отдельным волокном для минимизации задержек передачи данных. Для подобной инфраструктуры очень важно, чтобы сигнал успел дойти до сервера и после обработки вернуться командой на бортовое устройство за мгновение, пока машины несутся на больших скоростях.

«Многие онлайн-игроки замечали, что увеличение задержки сигнала в игре негативно влияет на своевременное реагирование и управление. Но это всего лишь игра! А в реальных условиях, когда речь идет о жизни всех участников дорожного движения, выделенная технологическая сеть связи с минимально возможной задержкой сигнала становится жизненно необходимой», - подчеркивает Алексей Сафонов.

Важным практическим применением технологии V2X служит реализация сценария «зеленой волны» для пассажирского и специального транспорта, что позволяет сократить время в пути до 10% за счет адаптивного управления светофорами с приоритетом переключения на зеленый сигнал при их приближении.

Проект компании «СМАРТС» во многом уникален и позволяет получить бесценный опыт. Во-первых, изначально выбранный участок дороги не был подготовлен для развертывания подобной инфраструктуры: не были установлены опоры для размещения технологического оборудования, не было обеспечено электропитание для его работы, как это делается на новых платных автодорогах, которые проектируются и строятся, как правило, уже с подобной инфраструктурой. На участке трассы М5, которая служит действующей автомагистралью с высокой транспортной нагрузкой, практически всю инфраструктуру приходилось либо адаптировать, либо создавать заново.

Во-вторых, в рамках проекта создается радиопокрытие сразу в двух стандартах: ITS-G5 и C-V2X, работающих одновременно. Это позволит провести сравнительный анализ, а в будущем предоставлять сервис всем подключенным автомобилям, независимо от того, где они произведены - в Европе или Китае.

В-третьих, бортовые устройства OBU будут проинтегрированы с CAN-шиной автомобиля, что позволит наполнить систему данными о техническом состоянии подключенных автомобилей. Она будет знать о событиях, которые видят автомобильные датчики (срабатывание АBS, включение поворотников перед маневром, наличие ошибок и т.д.).

В-четвертых, система будет создана не на испытательном полигоне, а на реальной дороге с интенсивным трафиком, соединяющей два крупных города. Высокий коммерческий потенциал проекту будет обеспечен наличием логистических центров вдоль выбранного участка, а также принадлежностью участка к международному транспортному коридору Европа - Западный Китай.

В-пятых, проложенная в обочине автодороги волоконно-оптическая линия связи позволит применять технологию акустического мониторинга для наполнения системы V2X данными о скорости автомобильного потока, о наличии дорожных работ, об остановке транспортных средств, близости пешеходов и другими.

Технология позволяет фиксировать вибрации от движения на дороге с помощью волоконно-оптического кабеля рубежами по 70-100 км. Каждое событие с точными координатами сохраняется в базе данных и интерпретируется в отчетах, а оператор системы может работать с разными видами карт или моментально получить информацию о происшествии. Сейчас система обрабатывает порядка сотни миллионов событий в день. Важным преимуществом служит тот факт, что эффективный мониторинг осуществляется при любых условиях видимости.

Такая технология особенно важна для служб скорой помощи, пожарных, полиции, МЧС или структур, ответственных за эксплуатацию автодорог.

По словам директора самарского проектного офиса компании «СМАРТС» Константина Голеца, в структуру оборудования для акустического мониторинга входят виброакустический сенсор, камера фото- и видеонаблюдения, система передачи, хранения, обработки данных, а также автоматизированная информационная система.

Ранее данная технология применялась для охраны периметров протяженных объектов, в том числе в нефтегазовой отрасли. Но «СМАРТС» первым смог адаптировать принцип работы к достаточно шумной среде - автомобильной дороге.

Идея была сформулирована в 2019 г. после проведения тестирования оборудования виброакустического мониторинга на телекоммуникационной инфраструктуре «СМАРТС» в Самарской области. Был проанализирован зарубежный опыт: подобные системы в тестовом режиме внедрялись в США, Великобритании и Европе, но небольшими участками. Специалисты компании поняли, что смогут создать более интеллектуальную и масштабную систему. Впервые акустический мониторинг компания применила в 2021 г. на участке федеральной трассы М5 длиной около 240 км.

Уже сегодня разработанное «СМАРТС» решение может отслеживать треки автомобилей, определять движение пешеходов по обочине, устанавливать места нарушений ПДД, связанных с превышением скорости и остановками в неположенном месте. С помощью системы совместно с отделом ГИБДД ОМВД России по Ставропольскому району были проведены расследования нескольких ДТП и установлены виновные.

Говоря о проблемах, с которыми компания сталкивается при реализации проекта, в «СМАРТСе» отмечают отсутствие радиомодулей российского производства. «Однако у нас есть надежные партнеры, и мы верим, что преодолеем любые сложности. Оборудование уже поставляется и монтируется. А при масштабировании технологии вдоль опорной автодорожной сети России мы сможем обеспечить объемы для организации полностью российского производства всей компонентной базы», - поясняет руководитель проекта «Умная дорога» Виталий Рыбаков.

Наибольшие же затруднения вызывают бюрократические вопросы, которые приходится решать с собственниками дорог в части установки базовых станций RSU на опорах освещения, подключения их к питанию и оптическим линиям связи, получения информации о фазах переключения светофоров от АСУДД.

«Оптимальное размещение данных базовых станций для организации беспроводной сети - через каждые 1000 метров. Таким образом, на участке Самара - Тольятти мы ставим их 104 штуки. Не всегда структурные подразделения балансодержателя федеральной дороги заинтересованы в развитии инноваций сторонними лицами, когда перед самим подразделением не стоит такая задача. Но мы благодарны правительству Самарской области, которое поддерживает проект и заинтересовано в его реализации», - отмечает Виталий Рыбаков.

Для обычного автолюбителя V2X также интересен - в первую очередь, для повышения безопасности. Уже сейчас современные автомобили благодаря встроенным сенсорам предупреждают водителя об опасности на дороге. С каждым годом системы ADAS (адаптивная помощь водителю) расширяют свой функционал, контролируя обстановку вокруг транспортного средства и предотвращая потенциально опасные ситуации на трассе. Но эффективность камер и датчиков автомобиля ограничена небольшими расстояниями, погодными условиями и прямой видимостью. Когда же все машины будут проинформированы о ситуации на дороге и смогут общаться между собой - возникнет коллективная система, в которой дорожные датчики или один из автомобилей смогут предупредить об опасной ситуации, даже если обзор закрыт. Оснастить бортовым модулем OBU для подключения к сети V2X можно и обычный бюджетный автомобиль.

Общая стоимость проекта «Умная дорога» на участке между Самарой и Тольятти составляет 488 млн руб., в том числе 256 млн - грант Российского фонда развития информационных технологий (РФРИТ). Протяженность объекта - около 100 км.