Сучасне місто витрачає величезну кількість часу й енергії на очікування біля світлофорів. Ця симуляція ставить просте запитання: що зміниться, якщо автомобілі зможуть «домовлятись» між собою та з дорожньою інфраструктурою? Ліворуч — звичайне місто з адаптивними світлофорами та «зеленою хвилею», праворуч — те саме місто, де кожен автомобіль керується штучним інтелектом і комунікує з перехрестями в реальному часі. Обидві симуляції отримують однаковий трафік, щоб порівняння було чесним. Статистика вгорі показує, наскільки ШІ-підхід скорочує середній час поїздки та кількість часу, проведеного у стоянні.
Уявіть, що ви їдете вулицею й усі світлофори по черзі перемикаються на зелений саме тоді, коли ви до них наближаєтесь. Це і є зелена хвиля. Досягається вона простим прийомом: кожен наступний перехрест вмикає зелений із невеликою затримкою відносно попереднього — рівно такою, щоб автомобіль, який їде з оптимальною швидкістю, встиг подолати відстань між ними. Якщо основний потік горизонтальний — хвиля йде по горизонталі, якщо вертикальний — по вертикалі. У симуляції напрямок хвилі перемикається автоматично залежно від того, де більше машин.
Традиційний світлофор «не бачить» трафіку — він просто перемикається за розкладом. Адаптивний світлофор натомість слідкує за реальним завантаженням і подовжує зелену фазу в тому напрямку, де зараз більше автомобілів. Якщо вранці всі їдуть у центр міста, горизонтальний потік отримує більше зеленого часу; коли ввечері напрямок змінюється — фаза підлаштовується. Це дозволяє обслужити більше автомобілів за той самий цикл без будь-яких змін в інфраструктурі.
V2I (Vehicle-to-Infrastructure) означає, що автомобіль постійно обмінюється даними з дорожньою інфраструктурою — перехрестями, датчиками, знаками. Він «знає», коли зміниться сигнал, де утворився затор, яку швидкість вибрати, щоб потрапити на зелений. V2X (Vehicle-to-Everything) — ширший стандарт, що охоплює також зв'язок між автомобілями (V2V) та із загальною міською мережею. У праворучній симуляції саме завдяки V2I кожне авто ще на підʼїзді до перехрестя «знає» рішення аукціону і або гальмує заздалегідь, або прискорюється, щоб пройти без зупинки.
Замість того щоб переключати сигнал за розкладом, кожен перехресток у ШІ-симуляції перед кожним циклом проводить аукціон. Принцип такий: перехресток «дивиться» на всі автомобілі, що наближаються з горизонтального та вертикального напрямків, і рахує їх кількість. Напрямок, де більше машин, отримує право проїзду.
Чому це краще за звичайний світлофор? Бо перевагу отримує та черга, яка справді цього потребує прямо зараз. Якщо з горизонталі підʼїхало 8 машин, а з вертикалі — лише 1, немає сенсу витрачати половину циклу на вертикальний напрямок. Аукціон перерозподіляє час динамічно — кожні кілька секунд, а не раз на хвилину. Важливо: цей аукціон можливий лише тому, що автомобілі передають свої координати та намір через V2I. Звичайні машини цього не вміють — тому ліва симуляція використовує непрямий метод адаптації (підрахунок на основі вже присутніх авто на полотні), тоді як права реагує на дані від кожного конкретного учасника руху.
Кожен ШІ-автомобіль самостійно прокладає маршрут від точки входу до точки виходу. Але як? Місто — це граф: вузли — перехрестки, ребра — вулиці між ними. Задача — знайти найдешевший шлях від А до Б, де «ціна» ребра — це реальна відстань плюс штраф за завантаженість ділянки.
Алгоритм A* вирішує цю задачу елегантно. На кожному кроці він оцінює кожен можливий наступний вузол двома числами: скільки ми вже проїхали від старту, і скільки ще, найменше, залишилось до мети. Для оцінки «залишку» використовується пряма відстань по повітрю — це й є евристика. Навіть якщо насправді доведеться об'їжджати, пряма відстань — найменше можливе значення, тому алгоритм ніколи не помиляється у виборі. A* щоразу розширює вузол з найменшою сумарною оцінкою — тобто не «обходить» весь граф наосліп, а цілеспрямовано рухається до мети, ігноруючи вузли, які явно гірші.
Адаптація до трафіку: маршрут перераховується заново щоразу, коли автомобіль підʼїжджає до чергового перехрестя. Якщо попереду утворився затор — ціна того вузла зростає, і A* автоматично знайде обхідний шлях. Завдяки цьому ШІ-автомобілі самоорганізуються: вони рівномірно розподіляються по доступних маршрутах, не накопичуючись в одному місці.
Вартість повороту: правий поворот перетинає лише одну смугу → найдешевший (1 слот AIM, невеликий бонус у A*). Рух прямо перетинає обидві смуги перехрестя → 2 слоти. Лівий поворот займає ліву смугу перехрестя, потім праву та зустрічну одночасно → 3 слоти, і час проїзду вдвічі більший. A* штрафує лівий поворот: якщо маршрут через 3 правих повороти виявляється дешевшим для всієї системи — машина обере саме його.
Час у русі — не єдина метрика якості трафіку. Зупинка — це не лише втрачений час, а й зайвий витрата палива (або заряду), додаткове гальмування й прискорення, знос гальм і покриття. Тому симуляція окремо рахує, скільки сумарних секунд усі автомобілі разом провели у повній зупинці. Співвідношення між лівою і правою симуляцією показує, наскільки ШІ-керування «розгальмовує» місто — чи справді автомобілі частіше проїжджають без зупинки, а не просто трохи швидше у середньому.
Speed Advisory — це технологія, за якою перехресток (або координаційний центр) у реальному часі повідомляє автомобілям рекомендовану швидкість руху. Ідея проста: замість того щоб їхати з постійною швидкістю і різко гальмувати перед червоним сигналом, машина заздалегідь отримує інформацію про поточну фазу світлофора та час до її завершення, і плавно коригує швидкість так, щоб прибути до перехрестя саме тоді, коли відкриється зелений.
У симуляції режим Speed Advisory активується на правій (ШІ) стороні. Кожен автомобіль, що наближається до зайнятого перехрестя, отримує «поради» щодо швидкості: якщо до кінця червоної фази ще далеко, машина сповільнюється достроково і «підпливає» до стоп-лінії без різкого гальмування. Якщо ж перехресток ось-ось відкриється — авто, навпаки, злегка пришвидшується, щоб встигнути на зелений і не стояти марно.
Головний виграш — комфорт і паливна ефективність: ніяких різких гальмувань і смикань, більш рівний темп руху, менше черг на підходах до перехресть. У поєднанні з AIM Speed Advisory також прибирає «натовп» перед перехрестям — машини розподіляються в часі ще на підʼїзді, а не намагаються всі одночасно проскочити у вільний слот.
AIM (Autonomous Intersection Management) — протокол, розроблений у Техаському університеті в Остіні, який повністю замінює логіку фаз світлофора для автономних транспортних засобів. Замість того щоб ділити перехресток на чергові «вікна» для кожного напрямку, AIM перетворює перехресток на диспетчера часових слотів.
Принцип роботи: коли автомобіль перебуває ще на підʼїзді до перехрестя (у симуляції — за 100–200 пікселів), він надсилає запит диспетчеру: «Я хочу проїхати у напрямку X, орієнтовно прибуду через T секунд». Диспетчер перевіряє всі вже заброньовані слоти, знаходить найближчий вільний момент часу, коли траєкторія цього автомобіля не перетнеться з жодним іншим, і повертає підтвердження: «Прибудь рівно о T+Δ». Автомобіль коригує швидкість так, щоб потрапити у виданий слот — і проїжджає перехресток без зупинки.
Якщо вільного слота найближчим часом немає — авто отримує більш пізній слот і знижує швидкість завчасно, виконуючи роль «буфера» перед перехрестком. Завдяки цьому кожен автомобіль чекає не в черзі на перехресті, а ще на підходах, не блокуючи полотно. Це принципова відмінність від класичних світлофорів: очікування виноситься за межі вузлового місця.
Чому AIM настільки ефективний? Традиційний перехресток «марнує» понад 40–50% пропускної здатності лише на захисні жовті фази та буферні інтервали між потоками. AIM оперує мікрослотами (одиниці секунд) і планує кожен автомобіль індивідуально, тому буфери між транспортними засобами скорочуються до фізичного мінімуму. Дослідження показують, що навіть при переході лише 10–20% автомобілів на AIM загальний потік на перехрестях зростає на 15–30%; при повному проникненні — пропускна здатність вулично-дорожньої мережі подвоюється порівняно з класичними регульованими перехрестями.