Введение
 
Заняв в конце 1947 г. должность инженера по организации транспорта в Денвере, Хенри Барнес прекрасно понимал, что его ожидают немалые трудности. Раскинувшийся на многие километры город, подобно другим центрам урбанизации, оказался перед необходимостью разрешения проблемы все возрастающих транспортных «пробок» в часы пик, когда потоки машин заполняли центр.

Введя на некоторых улицах одностороннее движение и установив несколько сотен дополнительных светофоров, Барнес слегка поправил ситуацию, однако вскоре стало ясно, что такие традиционные меры не приведут к коренному решению проблемы.

Бывший электротехник, Барнес в течение 20 лет упорно совершенствовал свое профессиональное мастерство, занимаясь на вечерних курсах. Он являл собой образец яркой личности, страстно увлеченной работой. Наделенный кипучей энергией, шеф транспортной службы, пыхтя сигарой, проводил значительную часть своей 60 часовой рабочей недели, объезжая улицы Денвера в поисках транспортных неурядиц. В основном данная миссия носила наблюдательный характер, однако иногда ему приходилось прибегать и к активным действиям.

В один из таких набегов Барнес обнаружил сломанный контроллер, который препятствовал переключению 59 светофоров, установленных в центре города. В течение полутора часов до прибытия ремонтной бригады ему вручную пришлось управлять таймером. Это происшествие окончательно убедило его, что устаревшая система управления городским транспортом нуждается в коренной перестройке.

Барнесу хотелось обзавестись оборудованием, которое автоматически реагировало бы на изменение ситуации, управляя транспортным потоком через центр города путем регулирования продолжительности того или иного сигнала каждого светофора. Поскольку ничего похожего на подобную систему тогда не существовало, он решил разработать ее самостоятельно.

Во время поездки в Нью-Йорк, где он встретился с производителями систем для управления транспортом, Барнес изложил свою идею двум инженерам-электронщикам. На реализацию проекта ушло два года. В 1952 г. оборудование было установлено; его стоимость (115 тыс. долл.) почти в 17 раз превысила общий бюджет транспортной службы Денвера на 1948 г.

Сердцем всей системы был электромеханический контроллер. Это устройство, состоящее из соединенных проводами (общей протяженностью около 8 км) электронных ламп, таймеров, моторов и цифронаборных дисков, могло автоматически реагировать на внешние события. Машины, следующие через центр Денвера, проходили над приборами, регистрировавшими изменение давления и передававшими сигналы контроллеру. Каждые 6 мин контроллер, подсчитывая число сигналов от каждого датчика, определял таким образом интенсивность движения в различных направлениях.

На основе этой информации контроллер регулировал продолжительность тех или иных сигналов светофоров, установленных на 110 перекрестках. На самых загруженных магистралях продолжительность зеленого сигнала постепенно возрастала, а на улицах с менее интенсивным движением - сокращалась.

В 1953 г., после введения новой системы, несмотря на то что автомобильный парк Денвера вырос на 44%, вечерний час пик стал заканчиваться на 20 мин раньше, и к тому же почти наполовину сократилось количество дорожно-транспортных происшествий.

Вслед за Денвером электронные системы регулировки движения начали применять и в других городах, задыхавшихся от автомобильных потоков. К середине 60-х годов в мире насчитывалось свыше 100 городов, где применялись похожие системы. В последующие годы автомобильный парк США продолжал расти бурными темпами, и на смену специализированным машинам типа денверского контроллера пришли универсальные компьютеры, снабженные программным обеспечением для управления транспортными потоками.

К 1980 г. компьютеризованные системы управления транспортом стали главной преград ой на пути, который мог привести к полному параличу многих городов.

Система управления транспортом Денвера явилась прообразом великого множества самых разнообразных управляющих систем. Такие системы применяются для управления конвейерными линиями, атомными электростанциями и автоматическими лифтами.

Система управления технологическим процессом объединяет в себе компьютеры, программное обеспечение и механические устройства, осуществляющие связь с внешним миром, которые обычно взаимодействуют не с оператором, а с реальными объектами, причем темп взаимодействия задается сменой событий в окружающей среде.

Именно благодаря своей способности должным образом реагировать на огромное множество поступающих извне данных такие системы управления находят широкое применение.

Однако управление технологическими процессами это лишь одна область, где быстродействие и точность компьютеров эффективно используются для решения все более сложных проблем современного общества.

Когда в 60-70-е годы универсальные компьютеры вошли в нашу жизнь, их начали применять для решения очень многих задач. Руководители банков, директора авиакомпаний и менеджеры бейсбольных команд - все взялись за создание программ, способных помочь им справиться с горами информации, ручная обработка которой требовала непомерных затрат времени и средств.

Сначала большинство программ использовалось в режиме пакетной обработки: запросы вводились в машину не сразу в момент поступления, а спустя некоторое время. Однако в ряде случаев чрезвычайно важно иметь точную сиюминутную информацию.

Для этого необходимо иметь компьютерную систему и программное обеспечение, позволяющее многим пользователям одновременно читать и изменять содержимое большой базы данных непосредственно в процессе работы. Любые изменения заносятся в базу данных и тут же становятся доступны всем пользователям.

Такой тип взаимодействия реализуется в так называемых диалоговых системах запросов. В таких системах - в отличие от систем пакетной обработки, где запросы вводятся с некоторой задержкой, запросы можно вводить путем непосредственного диалога с компьютером.
 
 
Уличный регулировщик

Десятилетия, минувшие с того времени, как в середине 50х годов изобретение автоматизированной системы для управления транспортом позволило заметно уменьшить заторы на улицах Денвера, ознаменовались новыми успехами.

Инженеры-транспортники использовали достижения в области вычислительной техники для создания гибких многоцелевых систем, быстро реагирующих на самые разнообразные дорожно-транспортные ситуации. Такие системы могут автоматически настраиваться на работу в условиях «часа пик» в заранее установленные утренние и вечерние часы, а также наводить порядок в автомобильном хаосе, частенько возникающем вблизи больших стадионов и культурных центров.

Цветные графические диаграммы позволяют операторам, находящимся за пультом центрального компьютера, наблюдать за транспортными потоками на важнейших перекрестках, немедленно замечая места повышенной опасности и ликвидируя аварийные ситуации путем дистанционного управления.

Под полотном дороги устанавливаются специальные датчики, показания с которых поступают на вход компьютера. С помощью этих датчиков, играющих в системе роль нервных окончаний, определяется количество машин на дорогах. На основании этих данных и показаний внутренних часов система вычисляет величину и скорость транспортного потока. В зависимости от величины и характера потока компьютер регулирует продолжительность красного или зеленого сигналов на транспортных и пешеходных светофорах.

Кроме того, программное обеспечение, управляющее движением транспорта, позволяет до некоторой степени снизить напряжение, возникающее обычно у водителя в городских районах с наиболее интенсивным движением, и тем самым сберегает человеческие жизни.

Поддержание равномерности транспортного потока сокращает число как мелких столкновений, так и более серьезных аварий, будь то на центральных улицах или скоростных автомагистралях.

В некоторых городах специальные системы приоритетов позволяют давать «зеленую улицу» машинам «скорой помощи», пожарной охраны и другим транспортным средствам, задержка движения которых может привести к трагическому исходу.
 

Программа, регулирующая работу системы в зависимости от времени суток, устанавливает интервалы между различными световыми сигналами в соответствии с интенсивностью движения на протяжении дня и в различные дни недели, учитывая такие регулярные всплески, как, например, «час пик». Цветные символы на экране дисплея дают возможность следить с центральной станции за интенсивностью транспортного потока (желтые кружочки), изменениями сигналов (зеленые стрелки и красные стоп-сигналы) и некоторыми другими характеристиками движения.

 


Программа «гибкого реагирования» строит свою работу с учетом интенсивности транспортных потоков. В нее заложено несколько различных моделей регулирования сигналов светофоров. Выбор модели зависит от конкретных условий. В отличие от программы, регулирующей движение в соответствии с временем суток и имеющей дело с заранее предсказуемыми пиками, эта программа рассчитана на районы с нерегулярными всплесками интенсивности движения транспорта, например прилегающие к торговым центрам или стадионам. На рисунке показано, как, регулируя движение на перекрестках, программа позволяет сократить заторы (красные линии) в районе Колизея.

 


Программа, управляющая движением на главных перекрестках, устанавливает продолжительность сигналов светофоров на критических участках, например, таких, где пересекаются несколько главных магистралей города. В отличие от программы гибкого реагирования, в которой нужный план действия выбирается из некоторого заранее заданного набора, данная программа контролирует интенсивность транспортных потоков ежесекундно и регулирует сигналы светофора на каждом перекрестке с учетом ситуации, складывающейся на ближайших перекрестках.

 


Там, где возникает угроза затора на скоростных магистралях, программа управления транспортным потоком регулирует время подачи сигналов на въезд таким образом, чтобы обеспечить равномерность движения транспорта. Программа управления въездом на скоростную магистраль анализирует сигналы от датчиков, установленных как на магистрали, так и на въезде, и регулирует продолжительность красного и зеленого сигналов светофора, расположенного при въезде на скоростную магистраль. Это позволяет пропускать автомобили на магистраль через оптимальные интервалы времени.