SPaT

SPaT (от англ. Signal Phase and Timing — фаза и время сигнала) — это набор данных, описывающих текущее состояние и прогнозируемое изменение сигналов светофора на перекрёстке. Является ключевым элементом технологий «умного города» и систем кооперативной интеллектуальной транспортной системы (C-ITS), предназначенных для повышения эффективности дорожного движения, снижения расхода топлива и уменьшения количества заторов.

История и контекст

Концепция SPaT возникла как часть более широкой программы развития V2X-коммуникаций (Vehicle-to-Everything — «автомобиль — всё»), которая начала активно развиваться в начале 2000-х годов. Первоначально данные о фазах светофоров передавались только в рамках специализированных исследовательских проектов, таких как программа IntelliDrive в США (с 2009 года) и европейские проекты CVIS (Cooperative Vehicle-Infrastructure Systems) и SAFESPOT.

В 2010-х годах, с развитием стандартов связи DSRC (Dedicated Short-Range Communications) и C-V2X (Cellular Vehicle-to-Everything), SPaT стал одним из базовых сообщений в стандартах SAE J2735 (США) и ETSI EN 302 637-2 (Европа). В России внедрение SPaT связано с пилотными проектами по созданию «умных» дорог, в частности в Москве, Татарстане и на трассе М-11 «Нева».

Состав данных SPaT

Сообщение SPaT содержит структурированную информацию о каждом светофорном объекте на перекрёстке. Основные поля включают:

• Идентификатор перекрёстка (Intersection ID) — уникальный номер, присвоенный данному перекрёстку в базе данных дорожной инфраструктуры.
• Состояние фаз (Movement State) — для каждого направления движения (прямо, налево, направо, разворот) указывается текущий цвет сигнала: красный, жёлтый, зелёный, мигающий жёлтый, красный с жёлтым.
• Время до смены фазы (Time to Change) — оставшееся время в секундах до переключения текущего сигнала на следующий. Например, «зелёный — 25 секунд до конца».
• Прогноз (Prediction) — информация о следующей фазе и её длительности. Например, после зелёного будет жёлтый на 3 секунды, затем красный на 40 секунд.
• Режим работы (Operational Mode) — указание на то, работает ли светофор в автоматическом режиме, в ручном (регулировщик) или в аварийном (мигающий жёлтый).

Технологии передачи

SPaT передаётся от светофорного контроллера к транспортным средствам и другим участникам движения (пешеходам, велосипедистам) по одному из двух основных каналов связи:

1. DSRC (Dedicated Short-Range Communications) — специализированный радиоканал ближнего действия (диапазон 5,9 ГГц), обеспечивающий низкую задержку (менее 100 мс) и высокую надёжность. Используется в основном в США и Японии.
2. C-V2X (Cellular V2X) — технология на основе сотовых сетей (4G/5G), позволяющая передавать SPaT как напрямую между автомобилем и инфраструктурой (PC5-интерфейс), так и через облачную платформу (Uu-интерфейс). В России и Европе C-V2X считается более перспективным, так как не требует установки дополнительного оборудования на автомобили.

Данные могут передаваться как в виде широковещательных сообщений (для всех участников движения в зоне действия), так и по запросу (для конкретного автомобиля или сервиса).

Применение

В автомобилях

• Адаптивный круиз-контроль (ACC) с учётом светофоров — автомобиль автоматически снижает скорость при приближении к красному сигналу, чтобы не останавливаться полностью, и начинает движение после смены на зелёный.
• «Зелёная волна» — система навигации рассчитывает оптимальную скорость для проезда нескольких перекрёстков без остановок, основываясь на данных SPaT.
• Предупреждение о проезде на красный — автомобиль предупреждает водителя, если он приближается к перекрёстку на высокой скорости, а сигнал скоро сменится на красный.

В городской инфраструктуре

• Управление светофорами (Traffic Signal Control) — данные SPaT используются для оптимизации работы светофоров в реальном времени, например, для продления зелёного сигнала для маршрутного транспорта (автобусов, трамваев) или для приоритетного пропуска экстренных служб (скорая помощь, пожарные).
• Анализ дорожного движения — агрегированные данные SPaT от множества автомобилей позволяют оценивать загруженность перекрёстков, время ожидания и эффективность работы светофоров.

Для пешеходов и велосипедистов

• Приложения для смартфонов — пешеходы могут получать информацию о времени до смены сигнала, что помогает безопасно переходить дорогу, особенно людям с ограниченными возможностями (например, слабовидящим).
• Велосипедные навигаторы — велосипедисты могут планировать маршрут, избегая перекрёстков с длинным красным сигналом.

Примеры реализации

• Москва, Россия. В рамках проекта «Умный город» на нескольких перекрёстках в Центральном административном округе и на МКАД установлены контроллеры, передающие SPaT через C-V2X. Данные используются в тестовых автомобилях «Яндекс.Такси» и «Камаз» для оптимизации движения.
• Питтсбург, США. Город внедрил систему SPaT на основе DSRC на 50 перекрёстках. Результаты показали снижение времени ожидания на светофорах на 25% и уменьшение выбросов CO2 на 20%.
• Хельсинки, Финляндия. В рамках проекта Helsinki Smart City SPaT интегрирован в общественный транспорт: автобусы получают приоритет на перекрёстках, что сократило время в пути на 10-15%.

Преимущества и ограничения

Преимущества

• Экономия топлива — снижение количества остановок и разгонов уменьшает расход топлива на 10-15%.
• Повышение безопасности — снижение числа ДТП на перекрёстках, особенно связанных с проездом на красный свет.
• Улучшение экологии — сокращение выбросов CO2 и мелкодисперсных частиц (PM2.5) в зонах с интенсивным движением.
• Повышение пропускной способности — оптимизация работы светофоров позволяет пропускать больше автомобилей без расширения дорог.

Ограничения

• Зависимость от инфраструктуры — для работы SPaT требуется модернизация светофорных контроллеров и установка радиомодулей (DSRC или C-V2X) на каждом перекрёстке.
• Стандартизация — отсутствие единого мирового стандарта (SAE J2735 в США, ETSI в Европе, ГОСТ Р 58404-2019 в России) затрудняет совместимость оборудования разных производителей.
• Кибербезопасность — передача данных SPaT может быть уязвима для атак (например, подмена данных о времени до смены сигнала), что требует внедрения криптографической защиты.
• Проблемы с точностью — прогнозы SPaT могут быть неточными в аварийных режимах (например, при ручном управлении светофором регулировщиком).

Перспективы развития

В ближайшие годы ожидается массовое внедрение SPaT в рамках развёртывания сетей 5G и развития автономных транспортных средств. В России, согласно национальному проекту «Безопасные качественные дороги», к 2030 году планируется оснастить SPaT не менее 30% светофоров в крупных городах. Также ведутся работы по интеграции SPaT с системами «умного» пешеходного перехода и с данными о погоде (например, автоматическое продление зелёного сигнала в гололёд).

Источники

1. SAE International. (2016). J2735: Dedicated Short Range Communications (DSRC) Message Set Dictionary. SAE Standard.
2. ETSI. (2019). EN 302 637-2: Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 2: Specification of Cooperative Awareness Basic Service. European Telecommunications Standards Institute.
3. ГОСТ Р 58404-2019. «Интеллектуальные транспортные системы. Сообщения кооперативных интеллектуальных транспортных систем. Общие требования». Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 2019.
4. Министерство транспорта Российской Федерации. (2021). Паспорт национального проекта «Безопасные качественные дороги». Москва.
5. Департамент транспорта и развития дорожно-транспортной инфраструктуры города Москвы. (2022). Отчёт о реализации пилотного проекта «Умный перекрёсток». Москва.
6. Smith, B. L., & Venkatanarayana, R. (2018). Signal Phase and Timing (SPaT) Applications: A Review of State-of-the-Art and Future Directions. Transportation Research Record, 2672(18), 1-12.