Забудьте об умных городах, «глупая» инфраструктура — вот решение для транспорта

Когда вы создаете специализированную инфраструктуру, такую ​​как железная дорога, вы навсегда ограничиваете то, что вы будете с ней делать. Поезда не сильно изменились с 19 века.

По мере того, как растет потенциал цифровой революции в транспорте, многие люди задумываются над вопросом, как мы можем сделать наши дороги и города «умными», чтобы обеспечить эту революцию, и какие виды новой инфраструктуры мы должны построить, чтобы быть готовыми к ней.

Ответ, который я даю, и который, естественно, беспокоит тех, кто работает в мире инфраструктуры, звучит так: «Не очень много». В действительности, ответ не так прост, он опирается на несколько фундаментальных принципов основных цифровых технологий, которые уже сильно изменили мир, — компьютеров и сетей. Это мир, из которого я пришел, и в нем есть достойные примеры для всех, кто пытается следовать по пути экспоненциальной революции.

Развитие Интернета преподносит жизненно важные уроки того, как подготовить то, что вы делаете, в частности, инфраструктуру, чтобы она была готова к будущему.

Основной урок заключается в том, что инфраструктура должна быть простой и общей, а не представлять, в вашем понимании «приложение», которое будет ее использовать, настолько, чтобы пытаться решить его проблемы. Инфраструктура меняется в темпе десятилетий, в то время как цифровые технологии меняются ежедневно. Вы не можете планировать цифровые автомобили 2030-х годов со знанием 2021 года — вы можете попытаться, но почти наверняка ошибетесь — лучшее, что вы можете сделать, это сделать все гибким и отложить принятие решений, чтобы принять их со знаниями 2030-х годов. Это довольно большая перемена для градостроителей, привыкших писать планы на 10, 20, 30 и даже 40 лет вперед.

В 1997 году Дэвид Изенберг опубликовал важное эссе «Восход глупой сети» (The Rise of the Stupid Network), в котором он подробно описывает, как интернет захватил мир, будучи максимально простым. Название происходит от маркетингового названия телефонных компаний 1980-х годов для их новых систем — «Интеллектуальная сеть» или «IN». IN пыталась поместить интеллект для новых функций телефона в сеть, в инфраструктуру. Телефонная компания проектировала, создавала и управляла инновациями в телекоммуникациях. Вы подключались к сети с помощью обычного старого телефона. (Возможно, молодые читатели не знают об этом, но в те времена у каждого на столе стоял обычный телефон с выходящими из него проводами, которые использовались для разговоров с другими людьми).



Интеллектуальная сеть по-прежнему работала с этим старым телефоном, потому что «ум» был в устройстве в сети, а не в телефоне, — и только телефонная компания может улучшить сеть.

Когда «умные» технологии были в инфраструктуре, мы полагались на инфраструктуру для инноваций. А почему бы и нет, ведь ученые Bell Labs были одними из лучших в мире?

Интернет перевернул все с ног на голову. Основной дизайн сети очень прост. По сути, сегодня это та же конструкция, что и 40 лет назад! Но даже несмотря на это, мы стали свидетелями величайшего периода инноваций в истории человечества на вершине этой глупой инфраструктуры, и это не совпадение. В Интернете все «умные» устройства находятся на периферии. Ваш телефон. Ваш ноутбук. Веб-сервер, который отправил вам эту веб-страницу. Там есть все, даже переговоры о качестве и скорости сетевого соединения, которые, как вы можете себе представить, должны вестись в инфраструктуре, которая гораздо ближе к этим факторам. Сам интернет просто доставляет открытки из пункта А в пункт Б, причем очень быстро. Его единственная задача — понять, как переместить эти открытки.

Когда умники продвинулись к периферии, они стали намного умнее. Любой мог внедрять инновации. Никому не нужно было разрешение телефонной компании, как это было раньше. Несколько человек в Европе написали программу под названием Skype, которая на некоторое время взяла на себя большую часть мирового бизнеса междугородней связи. Они не просили сетевые компании вмешиваться или даже давать лицензию на то, чтобы съесть их обед, и они, конечно, не получили бы ее.

Как отмечалось выше, проблема в том, что сегодня невозможно знать будущее. Люди в компьютерной индустрии привыкли к этой мысли, где возможности компьютеров и сетей удваивались в производительности каждые 1,5 года на протяжении более 5 десятилетий. Вы не можете планировать 2030 год в 2021 году, поэтому вы этого не делаете. Вместо этого вы упрощаете то, что должны построить, и закладываете как можно больше в программное обеспечение. Это потому, что вы сможете изменить все свое программное обеспечение в 2030 году, когда узнаете реальность будущего, и его можно будет бесплатно развернуть, даже если не писать его.

Конечно, базовая аппаратная инфраструктура интернета менялась и совершенствовалась с течением времени, по мере внедрения инноваций. Обычно они не менялись под конкретные приложения, их внешний вид для вышеперечисленных уровней оставался неизменным, что позволяло инновациям происходить независимо на всех уровнях.

Дизайн интернета, состоящий из глупой сети и умных устройств, дошел до транспорта в виде робокара и мобильного телефона в автомобиле. Глупые дороги с умными машинами и умными виртуальными слоями — не умные дороги.

Waze и мобильный телефон

Если вы думаете, что этот урок относится только к компьютерным сетям, подумайте о том, что десять лет назад каждый специалист по планированию транспорта стремился измерить интенсивность движения. Применяя подход «умной инфраструктуры», были потрачены большие суммы на установку магнитных катушек и дорожных камер, чтобы вести отчетность всего по нескольким улицам. Затем небольшая команда в Тель-Авиве написала и распространила Waze, и внезапно у них появились отличные данные о трафике (и не только) на каждой дороге в мире, причем бесплатно! Они позволили дороге остаться глупой и положились на чудо-устройство 21 века — мобильный телефон.



Waze знает все, что происходит с дорогами, не тратя для этого ни цента на инфраструктуру.

Мобильный телефон — это удивительно. Вашему типичному смартфону сегодня около года. Он был разработан менее чем за год до его выхода. Программное обеспечение для него было написано на прошлой неделе. Скоро вы получите еще один, а старый, прекрасно работающий, просто положите в ящик. Сравните это с автомобилями, которые служат 20 лет и разрабатываются за 3-7 лет до выхода, а до недавнего времени программное обеспечение также было многолетней давности. Или с дорогами и традиционной инфраструктурой, которые должны служить многие десятилетия и в целом повторять дизайн прошлых веков.

Если у вас есть невероятно блестящий план по улучшению инфраструктуры, вы проиграете мобильному телефону. Вы и представить себе не можете, что проиграете, потому что сегодняшний мобильный телефон даже не имеет никакого смысла для решения вашей проблемы. Но через 10 лет, когда вы начнете внедрение, мы пройдем через 10 поколений сотовых телефонов. Они будут работать в сотни раз лучше благодаря новым датчикам, о которых сегодня никто не знает. А через год после этого они станут еще лучше.

Если у вас нет доказательств из физики, что цифровые устройства не могут более эффективно решить вашу проблему, они победят. Колоссально. Безгранично. Это будет даже не смешно.

Интернет-люди привыкли к такому подходу. Люди, которые разрабатывают интернет-маршрутизаторы, не задумываются о поддержке Facebook. Даже люди, которые разрабатывают ваш веб-браузер, самую важную платформу для Facebook, мало задумываются о специфических потребностях этого сайта. Мы призываем их не делать этого и называем это «нарушением слоев», потому что мы твердо верим в идею независимых слоев, и эта философия сослужила нам хорошую службу. Люди, создающие интернет-инфраструктуру, не почувствовали бы себя оскорбленными, если бы им сказали, что они не должны работать над тем, чтобы их «дороги» стали более «умными» для использования Facebook. Если бы вы им это предложили, они бы подумали, что вы спятили.

Виртуальная Инфраструктура

Типичная подробная дорожная карта для беспилотного автомобиля включает все допустимые маршруты движения, правила и сигналы. В будущем виртуальная карта может стать настоящим определением дороги.

Высокотехнологичные транспортные компании переходят к идее «виртуальной инфраструктуры», то есть своего рода цифрового двойника физической. Наиболее распространенный вариант — цифровые карты, которые используются почти всеми командами самодвижущихся автомобилей для повышения эффективности и безопасности. Но виртуальная инфраструктура также включает данные о трафике, дорожных опасностях и даже о времени работы светофоров. В будущем, которое наступит еще не скоро, когда люди-водители больше не будут управлять дорогами (или все они будут ездить с дисплеем дополненной реальности на голове), не будет необходимости даже в полосах движения, дорожных знаках или светофорах — все это можно будет перенести в виртуальную среду.

Как уже было отмечено, это произойдет не скоро, но подумайте о том, какой мощью это будет обладать — возможность перекрашивать дороги, менять направление движения, перераспределять дорожное пространство и парковки одним нажатием кнопки. Если бы правила дорожного движения существовали в виртуальном слое, то утром большинство полос направлялось бы в центр города, а после обеда некоторые из них — в одну сторону.

Парковки, безусловно, могли бы работать быстрее. Самостоятельно паркующимся автомобилям не нужно использовать регулярно обозначенные парковочные места. Им может быть выделен участок парковки, предназначенный только для них, где они паркуются плотнее, чем на парковке, что позволяет разместить в 2-3 раза больше машин на одном и том же месте, и все это только с помощью программного обеспечения.

Идеальная дорога, оказывается, может быть просто голым асфальтом. Единственными присущими ей характеристиками будут ее размеры и вес, который она может выдержать — подробнее об этом ниже.

Первый закон робокаров

Использование карт привело к тому, что в 2007 году я провозгласил «первый закон робокаров», а именно: «Вы не меняете мир, чтобы решить свои проблемы». Вы должны ездить по той дороге, которая вам дана. Вначале этот закон не вызывал сомнений. Мысль о том, что маленькие, задиристые команды программистов могут просить мир построить для них специальные дороги, была нелепой. Позже, когда мир охватила лихорадка самодвижущихся автомобилей, а государственные транспортные агентства и крупные автопроизводители полностью приняли ее, они соблазнились идеей, что теперь все стало настолько серьезно, что это можно рассмотреть.

Менее продвинутые команды, создающие такие системы, как ADAS для контроля полосы движения или более простые автомобили, попытались отследить нарисованные полосы разметки и обнаружили, что они плохо поддерживаются. Прозвучал призыв: «Вам нужно лучше красить полосы, чтобы помочь самодвижущимся автомобилям!». Но этот призыв прозвучал не из команды ведущих специалистов Google, где я работал. Наш автомобиль построил собственную карту полос движения, и на самом деле он предпочитал разбитые и грязные дорожные знаки, потому что они помогали ему лучше распознавать, где он находится на карте. Хотя он мог справиться со свежевыкрашенной дорогой, он обретал дополнительную уверенность, зная, что находится именно в том месте, где левая разметка сломана на 2/3 пути, а на правой стороне есть ремонтная трещина в форме утки. Он не хотел и не ожидал, что дорога будет перекрашена для него, но вместо этого приспособился к той дороге, которую ему предоставили.

Способность автомобилей становиться очень умными, самостоятельно управлять и объединяться в сеть предлагает лучшие возможности для улучшения приложения — поездок — которое находится на вершине инфраструктуры. Создание самодвижущихся монорельсов, что уже было сделано, дает не более чем снижение эксплуатационных расходов, потому что большая часть действий происходит в инфраструктуре. Самоуправляемые автомобили создают совершенно новый мир транспортных возможностей поверх простой инфраструктуры, а также благодатную почву для инноваций как для производителей, так и для велосипедистов и городов.

Но нам нужно больше пропускной способности

Многие города страдают от заторов, что говорит о том, что мы должны строить больше и более умную инфраструктуру для их устранения. Хотя транспортные планировщики часто считают, что новая инфраструктура не справляется с этой задачей из-за индуцированного спроса (новые мощности быстро заполняются новыми пользователями, привлеченными их дополнительной пропускной способностью), они часто надеются решить проблему с помощью специальной инфраструктуры, например, выделенных полос для транзита.

В то же время, когда мы смотрим на дороги, даже самые перегруженные, мы видим, что большинство проезжающих мест не занято. Очевидно, что пропускная способность дорог и автомобилей в 2-3 раза больше, чем сейчас. Действительно, если бы дороги в в час пик были заполнены фургонами, их пропускная способность была бы поразительной, намного большей, чем у любой другой транспортной системы, включая лучшие линии тяжелого железнодорожного транспорта. Потоки автомобилей размером с автобус по одной полосе могли бы при необходимости перемещать 150 000 сидячих людей в час, если бы им было предоставлено правильное программное обеспечение и автономные станции

Если вы рассмотрите мир, где ничего не встроено, где направления полос и улиц могут быть изменены программно, где парковка и дорога могут меняться с каждым часом по желанию, вы обнаружите, что возможности существующей инфраструктуры гораздо больше, чем можно было представить ранее.

Если мы будем строить новую инфраструктуру, мы сможем сделать ее простой и дешевой. При желании, дома в районах с низкой интенсивностью движения могут иметь дороги, ширины которых едва хватает для пожарной машины, с более широкими местами для проезда, которые время от времени используются автомобилями, которые идеально распределяют время проезда, чтобы всегда встречаться в них. Новая инфраструктура может быть создана только для небольших и легких автомобилей, оставляя сокращающееся число тяжелых автомобилей пользоваться старыми дорогами. (Без водителей вам не нужны 40-тонные грузовики, когда 8 5-тонных грузовиков могут выполнять эту работу в городе 99% времени, нанося гораздо меньший ущерб дорогам и нуждаясь в гораздо меньшем их количестве. Мы еще даже не мечтаем о некоторых вещах, которые мы будем делать в инфраструктуре, структура которой в основном виртуальна и динамична.

Некоторые Уроки

Уроки о ценности простой инфраструктуры встречаются повсюду в мире Интернета. Однако вот несколько достойных примеров из области транспортной инфраструктуры.

Онлайновые станции против оффлайновых

Достоинство глупой инфраструктуры в том, что вы не определяете заранее такие функциональные возможности, как полосы движения и станции. В отличие от типичных железнодорожных линий, которые принимают два ограничивающих решения. Первое — использовать рельсы. В то время как на дорогах можно перевозить пешеходов, скутеры, автомобили, велосипеды, грузовики, фургоны, автобусы, роботов и еще не изобретенные транспортные средства, рельсы предназначены для движения поездов и составов. Кроме того, поскольку поездам сложнее произвольно менять путь и объезжать другие поезда, мы часто видим железные дороги, построенные со станциями «онлайн», где поезд на станции блокирует линию. Это вынуждает делать большие интервалы между транспортными средствами, измеряемые минутами, по сравнению с 2 секундами, которые используются в автобусах, управляемых людьми, и 1 секундой, возможной для роботов. Это также значительно затрудняет использование экспресс-транспорта.

Это один из многих факторов простой инфраструктуры, который отвечает на частый вопрос о LRT.

Легкорельсовый транспорт против скоростного автобусного транспорта

Многие города стремятся внедрить легкорельсовый транспорт (LRT), но могут предпочитать его скоростному автобусному транспорту (BRT). LRT более привлекателен, обычно электрический, ему часто предоставляют частные права на проезд и большие вагоны, что заставляет людей думать, что он им нужен. Но для него требуется специально выделенная инфраструктура, и почти всегда он делается с онлайновыми станциями. BRT, с другой стороны, использует простую инфраструктуру. Помимо того, что он значительно дешевле LRT при той же пропускной способности, он гораздо более гибкий. В BRT можно передумать и использовать дорожное покрытие для других целей без каких-либо изменений или с незначительными изменениями в будущем.

В каком-то смысле возможность выезда транспорта BRT на общественные улицы — это большая сила, но соблазн, который это дает, на самом деле отпугивает людей. Как только BRT выходит на общественную улицу, он становится похожим на автобус и подвержен движению, в то время как выделенная полоса для LRT будет оставаться таковой практически всегда (при гораздо более высокой стоимости). Действительно, выделенные полосы для LRT может иметь смысл выделить для будущих автоматизированных транзитных транспортных средств, чтобы заполнить пропускную способность полосы. Можно также сделать управляемые полосы на общественных улицах, где на управляемой полосе разрешено движение некоторых частных автомобилей — достаточно для значительного увеличения пропускной способности, но не так много, чтобы замедлить движение BRT. Это возможно сделать особенно хорошо с будущими автомобилями, либо с помощью автоматизации, либо с помощью техники, которая гарантирует, что ни один водитель не осмелится подпустить автобус так близко, что ему придется тормозить (что приведет к телефонному звонку и дорогому штрафу).

Лифты

В старых лифтах вы выбираете этаж внутри лифта. В новых лифтах вы выбираете этаж перед тем, как подняться на него, и группируйте людей, идущих на один этаж вместе, чтобы значительно увеличить пропускную способность и ускорить поездки.

Лифты — это специализированная инфраструктура, но в последние годы люди смогли превратить их в устройства с программным управлением, что принесло им большую пользу. Во многих городах в большинстве высотных зданий в лифтах больше нет кнопок. Вместо этого люди выбирают свой этаж, прежде чем войти в лифт, и им сообщают, какой лифт едет на этот этаж. Это объединяет всех людей, едущих на один и тот же этаж, что сокращает количество остановок и значительно увеличивает пропускную способность лифта с помощью всего лишь некоторого программного обеспечения. В будущем алгоритмы могут стать лучше и будут замечать приближающихся к зданию людей, чтобы планировать поездки заранее. (Некоторые здания вызывают для вас лифт на ваш этаж, когда вы сканируете свой бейдж на входе).

Эти новые лифты позволили зданиям получить возможность выделять меньше площади под лифты при том же объеме перевозок — использование программных трюков фактически увеличило вместимость и расширило полезную площадь новых зданий или позволило сделать их более узкими.

Подход этих лифтов может послужить уроком для транзита, особенно если, в отличие от лифтов, вы можете иметь автономные станции. (Автономные станции — это мечта проектировщиков лифтов, которая позволила бы значительно увеличить вместимость лифтов и, соответственно, площадь зданий). Представьте себе транзитную линию, где вместо 10 вагонов в поезде на остановках ждут 20 фургонов, и вы говорите, какая станция вам нужна (на любой линии), а вам говорят, в какой фургон сесть. В этом фургоне сидит куча людей, едущих на эту станцию, или подгруппы, едущие на небольшое подмножество станций, и вы отправляетесь в безостановочную или почти безостановочную поездку, даже при пересадке.

DSRC vs. C-V2X

Эти аббревиатуры пришли из мира желаемой связи автомобилей с другими автомобилями и инфраструктурой, известной как V2X. Разработчики V2X надеялись на собственный выделенный спектр и радиоаппаратуру — инфраструктуру специального назначения. Их первая попытка, DSRC, была разработана в 1990-х годах и сейчас проигрывает свою битву (даже до того, как она была развернута) системе C-V2X, которая все еще является системой специального назначения, просто использующей более новую технологию и опирающейся на технологии сотовых телефонов. Причина такого проигрыша очевидна — кто будет использовать радиосистему, разработанную 25 лет назад? Часто ли вы пользуетесь своим 25-летним мобильным телефоном? Ни одна специализированная система, какой бы хорошей она ни казалась, не сможет конкурировать с маршем сетей передачи данных общего пользования, которые каждые несколько лет получают новое поколение.

Выше я описал философию «уровней» Интернета, где любая попытка одного уровня (например, приложений) диктовать или вмешиваться в работу более низких уровней называется «нарушением» по веским причинам. Вы позволяете компаниям, занимающимся передачей данных, беспокоиться о создании хорошей инфраструктуры передачи данных и постоянно ее совершенствовать. Вы ожидаете, что каждые несколько лет она будет получать новое поколение и будет доступна в телефонах задолго до того, как появится в автомобилях. Теперь мы можем гарантировать, что они это сделают, и по своим причинам обеспечат все искомые возможности — надежность, низкую задержку, высокую пропускную способность и многое другое, о чем сегодня никто даже не догадывается попросить. Вы создаете свои собственные уровни поверх этого, делая все в программном обеспечении, так что вы можете менять его на регулярной основе. Вы стараетесь не стандартизировать, позволяя себе постоянные изменения и инновации.

Будь проще, глупыш

Ни у кого нет хрустального шара, который подскажет правильный план на 2030-е годы. Если у вас есть план на 2030-е годы, можно с уверенностью сказать только одно — он неправильный. С течением времени мир будет все больше и больше походить на мир компьютеров, и каждая область должна будет усвоить уроки, которые мир компьютеров, сетей и электроники усвоил тяжелым путем. Оставайтесь глупыми.

---

• Первая в России серийная система управления двухтопливным двигателем с функциональным разделением контроллеров
• В современном автомобиле строк кода больше чем…
• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive