Integrace informací o reálném provozu do plánování a optimalizace přepravy

Pojetí dynamiky v dopravních úlohách
Základem přesného a přínosného logistického systému obsahujícího plánování a optimalizaci rozvozu je kvalitní síť. Optimalizace rozvozu zde znamená proces výběru nejlepší varianty vytížení vozidel, určení pořadí vykládek a průběhu tras s ohledem na dodržení nastavených pravidel a minimalizaci nákladů. Podstatný vliv na kvalitu výsledku síťové analýzy má topologická přesnost a především pak atributy sítě. Cílem každé sítě je přiblížit se co nejvíce reálnému prostředí, které modeluje.
Kvalita atributů sítě (např. šířkové uspořádání, směrové a výškové vedení, dopraní značení apod.) je spjatá s úplností a přesností s nimiž jsou zaznamenávány. Mezi zdroje statických parametrů lze v ČR v první řadě zařadit evidence, které spravuje ŘSD Silniční databanka v Ostravě. Dalším zdrojem statických informací jsou například datové sady společnosti Central European Data Agancy a.s. Tyto vlastnosti nebo objekty se však řadí mezi statické parametry, tedy jsou (relativně) stálé v čase a jejich působení není ovlivněno dnem v týdnu anebo denní dobou. Ze zkušeností z reálného provozu na silnicích je ovšem zřejmé, že například plynulost provozu se v průběhu týdne i dne mění. Zároveň se také jede jinak za dobrých nebo špatných klimatických podmínek. Všechny tyto i další vlivy jsou tedy proměnné v čase a mohou výrazně ovlivňovat dobu jízdy i vedení trasy. Proto jejich zahrnutí výrazně zpřesňuje výsledky plánování přepravy i dalších dopravních úloh řešených nad sítí.

Typy a zdroje dynamických dat
Do dynamických dat se řadí data, jež reagují na konkrétní datum nebo den v týdnu, popřípadě na čas nastavený v analýze. Dynamická data se dělí na historická, popřípadě modelová data a data živá.

Historická data
Historická data představují možnost, jak zohlednit variace v cestovních časech v síti v různých dnech a v různých časech v týdnu v závislosti na hustotě dopravy. Vycházejí z naměřených dat a to buď v původní podobě, nebo jsou na jejich základě vytvářeny modely chování dopravy, z nichž je potom možné odvodit rychlostní nebo časové profily. Ty jsou vytvářeny pro různé dny (např. konkrétní den v týdnu) a různé časové intervaly, k nimž jsou rychlosti nebo cestovní časy platné. Je potřeba zvolit správnou velikost intervalu pro co nejvyšší přesnost analýzy. Vhodným časovým intervalem pro zaznamenávání těchto dat je 15 minut, jež zvládne bez větších problémů pojmout dynamiku provozu. Kvalita dat je však značně závislá na jejich zdroji.

Základem pro historická data jsou obvykle měření v terénu. Jedním z možných zdrojů historických dat jsou data z městských automatických detektorů. Dále také data mobilních operátorů o pohybech mobilních telefonů po silniční síti, data bezpečnostních služeb s GPS polohou sledovaných vozidel, vozové parky dopravních společností, jejichž vozidla jsou taktéž sledovány pomocí GPS apod. Nevýhodou je velké množství vlastníků a poskytovatelů těchto datových základen. Tato skutečnost činí získání a případné použití takových dat velmi složitým a zdlouhavým procesem. Výjimkou není též poskytování těchto dat za úplatu, a to ve finančních relacích, které jsou obvykle velmi daleko za hranicí rentability.
Existují také další postupy k získání historických dat, které se liší jak potřebným technickým vybavením, finanční zátěží, tak náročností z hlediska provádění. Těmito metodami je možné získat data z jakéhokoliv vybraného úseku silniční sítě, jsou relativně rychlé a v konečném důsledku i ekonomické. Jedná se například o měření pomocí čtečky Bluetooth, měření pomocí radarů s přepočtem na cestovní rychlost nebo měření metodou plovoucího vozidla, jež spočívá ve fyzickém projetí daného úseku vozidlem vybaveným GPS zařízením.

Živá data a jejich zdroje
Mezi živá data patří především události na pozemních komunikacích. Jedná se o události, které mají přímou vazbu na aktuální provoz, intenzitu dopravy popř. její predikce. Tuto skupinu lze z pohledu určení časové platnosti rozdělit na události plánované a na události aktuální.
Nejvýznamnějším datovým zdrojem v ČR je Jednotný systém dopravních informací (JSDI). Centrálním technickým, technologickým, provozním i organizačním pracovištěm JSDI je Národní dopravní informační centrum (NDIC). NDIC je operační pracoviště, které 24 hodin denně sedm dní v týdnu zajišťuje sběr, zpracování, vyhodnocování, ověřování a autorizaci dopravních informací a dopravních dat.

Obr. 1 - Pracoviště NDIC

Součástí informačního systému NDIC je Datové distribuční rozhraní (DDR), jehož prostřednictvím je možno na základě přidělených přístupových práv získávat dopravní informace.
Dalším zdrojem aktuálních dat, konkrétně tedy dat o hustotě provozu, mohou být například data od mobilních operátorů. Výhodou je poměrně velké pokrytí, i když je omezené spíše na komunikace s vyššími intenzitami. Získání těchto dat je však velmi nákladné a problematické z pohledu ochrany soukromí. Na území hlavního města Prahy probíhá v testovacím provozu online získávání dat ze systému FCD, resp. z flotily vozidel s GPS. Z nich jsou následně určeny stupně provozu na důležitých komunikacích hlavního města Prahy. Tato data slouží jako doplňkový zdroj pro Řídicí systém HDŘÚ (hlavní dopravní řídící ústředna) a je plánována i jejich distribuce prostřednictvím DDR NDIC.

Uzavírky a objížďky
Uzavírky a jejich objížďky tvoří významný zdroj informací, které mohou ovlivňovat optimalizační algoritmy. Jejich zdrojem jsou vydaná platná správní rozhodnutí, která vydávají silniční správní úřady v rámci celé ČR. Obsahují základní informace, o jaký typ omezení se jedná např. uzavírka úplná nebo za provozu, kdy a kde bude dané omezení prováděno a kým. Plnění těchto dat je zajištěno v rámci JSDI. V síťové analýze potom mohou úplné uzavírky působit jako bariéry v síti, přes které není možné vést trasu. V případě částečných uzavírek může dojít k navýšení cestovního času dle konkrétního typu.

Obr. 2 - I provozní údržba může znamenat komplikace na trase.

Dopravní události
Dopravní události (dopravní nehody, aktuální stupně provozu, sjízdnost pozemních komunikací) jsou evidované v rámci JSDI. Tato data lze následně použít při on-line plánování přepravy, v navigačních přístrojích resp. operativním řízení dopravy. V případě dopravních nehod a sjízdnosti komunikací je obvyklé používat tyto události pouze jako upozornění, jež nemají přímo vliv na síťovou úlohu. Je totiž často problematické určit vliv konkrétní události na cestovní čas. Jinak je tomu v případě aktuálních stupňů provozu, u kterých lze stanovit vliv na cestovní čas. Jejich zdrojem jsou v systému JSDI automatické detektory, které však mají nevýhodu malého pokrytí.

Obr. 3 - Rychlost dopravního proudu je ve špičce znatelně snížena.

Dále lze získat také informace o běžné provozní údržbě, nadměrné a nebezpečné přepravě, které v síti budou figurovat spíše jako upozornění. Všechny výše uvedené informace jsou distribuovány pomocí DDR poskytovaného v rámci JSDI.

Logistický a dopravní internetový portál
V rámci výzkumného projektu byl vyvinut Logistický a dopravní internetový portál určený především pro plánování a optimalizaci přepravy. Portál zpřístupňuje širokému spektru uživatelů nejen funkcionalitu aplikace ArcLogistics, která byla dříve dodávaná společností Esri pro řešení rozvozových plánů, ale také zohlední při řešení úloh proměnné podmínky v reálném provozu.  Portál používá služby ArcGIS for Server s extenzí Network Analyst a je vyvinut v ArcGIS API for Silverlight.

Obr. 4 - Náhled na uživatelské prostředí Logistického a dopravního internetového portálu.

Závěr
Dynamická data mají výrazný vliv na přesnost výsledků plánování přepravy. Díky nim tak může být v analýze zohledněna například hustota dopravy v ranní a odpolední špičce a v návaznosti na ni prodloužen cestovní čas nebo dokonce, pokud to nastavení dovolí, změněno vedení trasy. Výsledek je tak značně přiblížen realitě. Další úrovní zpřesnění je zahrnutí živých dat událostí v síti, jako jsou plánované uzavírky a omezení. Díky nim je možné upravit rozvozové plány a obsloužit konkrétního zákazníka ve smluvený čas.
V operativním plánování jsou naopak neocenitelná aktuální data o stupni provozu a událostech na komunikacích. Je tak možné zvolit jinou trasu, která se problémům na trase vyhne anebo zohlední aktuální podmínky do výsledků analýzy.

Poznatky a výsledky prezentované v článku vznikly v rámci výzkumného projektu Parametrizace silniční sítě ČR a optimalizace logistických algoritmů pro routování za využití datových zdrojů agendových a inteligentních dopravních systémů (TA01031537) s finanční podporou TA ČR.

Autor: Ing. Filip Jung (VARS BRNO a.s.)