понедельник

Интеллектуальные транспортные системы для предотвращения ДТП


Согласно данным Бюро переписи населения США, за период с 1999 по 2009 годы в северо-американских штатах произошло 99,2 миллионов дорожно-транспортных происшествия (ДТП), в которых погибли почти 388,6 тысяч человек. Наиболее трагичными для США были 1990, 2005 и 2006 годы, когда ДТП закончились смертельным исходом для более 45 тысяч человек в год, что составляет приблизительно по 123 человека в день. По отдельным штатам лидерами ДТП стали Алабама, Аризона, Калифорния, Флорида, Джорджия, Иллинойс и Мичиган. Эти статистические данные делают ДТП одной из главных причин смерти в северо-американской стране. Не исключением являются Россия и другие страны мира.

Американские инженеры автомобильной индустрии разрабатывают большое число систем безопасности, направленных на предотвращение столкновений. Сюда входят: 
  • автоматизированный круиз-контроль, система радаров или лазерных датчиков, которые замедляют движение автомобиля при приближении другого автомобиля;  
  • система предупреждения, которая использует свет или звуковые сигналы, чтобы предупредить водителя о присутствии постороннего транспортного средства, которое он или она не могут увидеть, 
  • контроль тяги и система стабилизации, которые автоматически применяют тормоза, если они обнаруживают занос или потерю рулевого управления.
Тем не менее, американские специалисты полагают, что самый большой прогресс должен быть сделан в направлении долгосрочной цели под названием  "интеллектуальный транспорт" (англ. intelligent transportation). В это понятие они включают автомобили, которые могут "видеть" и "общаться" с другими транспортными средствами на дороге в процессе движения или остановок. По мнению специалистов, это создает возможность для предотвращения ДТП практически в 100 процентов случаев.

Конечно, любая интеллектуальная транспортная система или ИТС (англ. intelligent transportation system, ITS), даже та, которая станет основным дополнением для автомобилей нового типа, должна будет соперничать с автомобилями, по старинке управляемыми людьми. Такое соперничество неизбежно будет продолжаться до тех пор, пока на дорогах будут оставаться автомобили старого типа. Учитывая неравномерность технологического развития стран мира, такое соперничество будет протекать в разных странах в различное время, но для США это затрагивает уже обозримое будущее. Поэтому, инженеры-механики Массачусетского технологического института МТИ (Бостон, Массачусетс, США)  уже несколько лет работают над новым алгоритмом ITS, учитывающим модель человеческого поведения водителей. Цель этого алгоритма состоит в том, чтобы предупредить водителя о потенциальном столкновении на дороге. В конечном итоге, этот алгоритм может позволить бортовому компьютеру в случае необходимости взять на себя управление автомобилем, чтобы избежать аварии на дороге.

По словам американских специалистов, лежащая в основе алгоритма теория и некоторые экспериментальные результаты должны быть опубликованы в американском журнале Института инженеров по электротехнике и электронике (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) по робототехнике и автоматизации. Материалы должны быть подготовлены коллективом соавторов МТИ, в число которых вошли доцент кафедры машиностроения и доцент по развитию в области биомедицинской инженерии Домитилла Дель Веккио и аспирант Раджив Верма.

Общей проблемой для разработчиков алгоритма стала попытка разработать безопасную систему, которая не будет выглядеть слишком консервативной. Конечно, любое транспортное средство на дороге можно рассматривать в качестве объекта, который играет против вас, и затем на основе этого принципа построить сверхчувственную систему, которая шаг за шагом среагирует на самые худшие сценарии. Но в итоге может получиться система, которая станет давать предупреждения, даже если сам водитель не ощущает такой необходимости.

Многие разработчики пытались смоделировать поведение человека при вождении автомобиля. Но коллектив разработчиков МТИ рассудил, что действия по вождению делятся на два основных режима работы: ускорение и торможение. В зависимости от того, какой режим выбирает водитель в конкретный момент, есть множество мест, где окажется автомобиль в недалеком будущем. Этот набор возможных положений автомобиля в сочетании с прогнозом модели поведения водителя и легли в основу нового алгоритма.

В результате получилась программа, которая может вычислить для двух автомобилей точку их пересечения на дороге или определенный район, в котором они окажутся в опасности столкновения. Автомобиль с бортовым компьютером становится участником теоретических игровых решений, в которых используются данные от бортовых датчиков, сенсоров светофоров и дорожных указателей на шоссе. В процессе вычислений бортовой компьютер пытается предсказать действия другого автомобиля и определить собственную реакцию для предотвращения ДТП.

Испытания в лабораторных условиях с участием двух миниатюрных автомобилей показали положительный результат в 97% случаев экспериментов. Остальные 3% тестов закончились реальным столкновением автомобилей, которые произошли по причине задержки в связи между транспортными средствами и рабочей станцией, представлявшей собой придорожную инфраструктуру. Задержки в связи неизбежно могут возникать, поэтому разработчики уделяют внимание стабильности программы и консервативности алгоритма, чтобы избежать ситуации, при которой задержка в связи будет восприниматься как разница между сбоем и не сбоем в работе.

По мнению Джима Фреуденберга, профессора  электротехники и вычислительной техники в Университете Мичигана, предсказать поведение человека на все 100% пока невозможно, но контролируемые человеком технологии и управляемые компьютером технологии все больше и больше вступают в контакт друг с другом. Поэтому американские исследователи из МТИ уже тестируют свои системы в полно размерных легковых автомобилях с реальными водителями. В дальнейшем они планируют направить свою работу на включение времени реакции человека для уточнения данных, когда система должна перенимать активное управление автомобилем или когда система может просто обеспечить пассивный предупреждающий сигнал для водителя. Так же исследователи надеются построить датчики для погодных и дорожных условий, и учитывать детали автомобилей, изготовленные в специфических условиях.

Ссылки (на английском языке)


U.S. Census Bureau, Statistical Abstract of the United States: 2012 (Transportation, 1103 Motor Vehicle Accidents-Number and Deaths) www.census.gov

Domitilla Del Vecchio's page at www.mit.edu/~ddv/

Jim Freudenberg's page http://web.eecs.umich.edu/~jfr/