Аннотация
Габибов Р.Ю., Николаенко Д.В. Обзор интеллектуальных транспортних систем. В статье рассмотрены особенности классификации и принцип функционирования наиболее распространенных и широко используемых интеллектуальных транспортных систем, которые применяются в современных транспортных средствах. .
Общая постановка проблемы
Всемирный конгресс обществ по развитию интеллектуальных транспортных систем (World Congress on Intelligent Transport Systems), который ежегодно проходит в Стокгольме в сентябре ставит, как самоцель конференций по автомобильной безопасности не то, чтобы облегчить жизнь водителя — добавив «интеллекта» его автомобилю, это попытка сообща, всем миром, решить проблему пробок, оптимизации дорожного движения и напрямую связанную с ними проблему обеспечения безопасности.
Обзор
Инициатива создания ITS (Intelligent Transportation Systems) стала возможной потому, что современный автомобиль активно роботизируется изнутри и сегодня оснащен целым рядом систем автоматизации. Помимо ставших привычными и незаменимыми для многих современных автолюбителей автоматических коробок передач, систем автоматической блокировки торможения и систем управления другими устройства, а также системы круиз-контроля, существуют: система информирования о состоянии дорожного покрытия, особенно об оледенении; система адаптивного круиз-контроля, воспринимающая данные от систем обнаружения соседних автомобилей; система взаимного информирования автомобилей, снабженных системами GPS; средства слежения за дорожной разметкой; системы автоматизированной парковки; устройства для просмотра мертвых зон; системы контроля скорости на поворотах.
Перечисленные выше индивидуальные и общие системы делают процесс передвижения транспортного средства и управления для водителя более комфортным и безопасным. Поэтому ITS, которые получили значительное распространение в мире и существуют на данный момент — исходят из принципа, что за рулем водитель и финальная ответственность все же остаётся именно за ним. Каким бы совершенным ни был робот, он эффективнее работает во взаимодействии с себе подобными, поэтому логичным продолжением этого направления стали системы Internet для автомобилей. В системах могут использоваться совместно действующие объекты, образующие то, что теперь называют «разумным роем».
За последние два десятилетия развитие интеллектуальных транспортных систем привело к формированию трёх крупных сообществ, координирующих работу над этой проблемой: в Западной Европе это организация ERTICO ITS Europe, в Северной Америке — ITS America, в Японии — Vertis (c 2001 переименовано в ITS Japan). Организации эти объединяют представителей промышленности, науки и правительственных органов.
Главная их цель — создать и внедрить разработки, в которых эффективно взаимодействуют аппаратура, определяющая текущее местоположение автомобиля, радиоканал обмена информацией между автомобилем и центром связи и средства оперативного реагирования, которые позволят донести информацию до всех участников системы. Уже появились заслуживающие внимания разработки [1].
1. Система FCD.
Система «Floating Car Data» (FCD) придуманная баварцами еще в 2006-м году, в буквальном переводе звучит «переменная автомобильная информация», а во всем мире более известная, как «автомобили-шпионы».
Floating Cars – это машины, которые движутся в потоке вместе с остальными участниками движения, но служат они мобильными регистрирующими элементами. Каждый автомобиль-«шпион» оборудован GPS-приемником и модулем мобильной связи для определения его местонахождения. С его помощью, например, координаты и время поездки передаются на центральный пост управления движением. Тот, в свою очередь, синхронизирует полученные данные с другими автомобилями и распознает пробку. Система FCD уже выпускается серийно: по дорогам Германии в настоящее время «бегает» более 40000 автомобилей, оснащенных этой системой.
Сейчас правительство Германии активно призывает к сотрудничеству многих автопроизводителей: для достижения максимальной эффективности, в потоке должно быть не менее 10% автомобилей-«шпионов» [2]. На рисунке 1 представлен принцип функционирования системы FCD
Рисунок 1 – Cистема FCD
Кстати, недавно подобная система появилась и в России и получила название «Пробки 2.0». Пока это пилотный проект и участвовать в нём могут водители, у которых есть мобильные устройства с подключенным GPS-приёмником, на котором запущено приложение «Яндекс.Карты». Сервер получает координаты устройства каждые две минуты, определяет скорость движения пользователя и сообщает остальным участникам, на каких маршрутах возникает затруднение в движении.
Одним из основным источников данных для Пробок 2.0 являются данные, передаваемые нашими пользователями, на мобильных телефонах которых запущены мобильные Яндекс.Карты. Кроме того, для передачи данных о пробках нужен GPS приемник, либо уже встроенный в телефон, либо внешний, подключенный через Bluetooth. Когда пользователь передвигается на машине по дороге, мобильные Яндекс.Карты передают его координаты, направление движения и среднюю скорость, рассчитанную GPS приемником. Данные от пользователей передаются либо раз в 30 секунд, либо, при непрерывном движении, по перемещении на 200 метров.
Каждый пакет данных, приходящий от пользователя, можно изобразить на карте в виде точки с направлением и скоростью. В процессе предварительной обработки точек определяются улицы, по которым проехал пользователь, и восстанавливается маршрут, с учетом правил дорожного движения. Для восстановления маршрута передвижения используются карты, в которые включены данные о типах дорог, разрешенных поворотах, и пропускной способности дорог.
После того, как восстановлен маршрут, еще раз рассчитывается средняя скорость, с которой пользователь проехал участок дороги. Это нужно для дополнительной проверки и уточнения скорости, рассчитанной GPS приемником. Скорость вычисляется по всем известной формуле скорость = расстояние/время. На следующем этапе анализа маршруты пользователей, проехавших по одной дороге объединяются между собой, и вычисляется средняя скорость движения на пересекающихся участках маршрутов. В результате этого мы получаем карту дорог города с расставленными скоростями движения. Вычисленные данные о скоростях на дорогах оцениваются с учетом пропускной способности дорог – например, 40км/ч на МКАД это затруднение, а на узкой улице в центре – это свободное движение. После всех этих действий принимается финальное решение о том, свободна или загружена улица, и на ней рисуется зеленая, красная или желтая стрелка[3].
2. Система XFCD
Несколько лет назад на XII Конгрессе обществ по развитию интеллектуальных транспортных систем в Сан-Франциско компания BMW Group устроила презентацию ещё более продвинутого варианта — представители компании привезли три автомобиля, на которых была установлена система Extended Floating Car Data-System (XFCD).
Система XFCD способна сама распознавать дорожную ситуацию, анализировать все имеющиеся данные в автомобиле и передавать обработанные данные на центральный пульт движения. Параллельно система способна через систему-коммуникатор "Авто-Авто" предупреждать другие автомобили в зоне действия передатчика.
XFCD функционирует на базе имеющейся навигационной системы, и ее ввод в эксплуатацию заключается лишь в загрузке программы. Введение бортовой сети позволяет синхронно задействовать целый спектр возможностей. В устроенном таким образом современном автомобиле система получает доступ и совмещение с множеством других инфоблоков управления. Это ближний и дальний свет, противотуманное освещение, термометр внешней среды и кондиционер, тормоза и навигационная система, сенсор дождя и омыватель стекла, а также прочие не менее важные мелочи. Все эти механизмы функционируют в зависимости от дорожной ситуации. Так, на понижение температуры окружающей среды, лед или даже неожиданное появление масла на участке дороги автомобиль тут же отреагирует регулированием системы стабилизационного контроля и скорости движения [4].
Например, когда машина попадает в условия гололёда или мокрой дороги, система сама распознает ситуацию, собирает и обрабатывает информацию и тут же с помощью Ad-hoc-сети передаёт её следующему автомобилю и стационарным службам движения, которые отвечают за дальнейшее распространение информации. Таким образом, основным и неоспоримым преимуществом системы XFCD является возможность передачи сообщений напрямую другим автомобилям, т.к. каждый автомобиль, в зависимости от ситуации самостоятельно получает роль или отправителя, или получателя, или передатчика. Поэтому, преимущество зарекомендовавшей себя технологии Multi-Hopping неоспоримо: Ad-hoc-сеть организуется автономно, обладает необходимой дальностью радиуса действия и не требует создания специальной инфраструктуры.
Стоит отметить, что система XFCD создана BMW Group в рамках концепта BMW ConnectedDrive. Основополагающая идея концепта – связывание воедино трех информаторов автомобильного движения «водитель—автомобиль—внешняя среда» посредством телекоммуникационных, онлайн и автомобильных вспомогательных систем ради безопасности движения. Однако, несмотря на футуристические возможности новинки, идея вовсе не нова. Уже десятилетиями водители-дальнобойщики используют CB-передатчики, оперативно передавая друг другу не только ситуации на дорогах, включая пробки, аварии, гололеды и объезды, но также и цены на ближайших заправках, местонахождение сотрудников ДПС и адреса ближайших мотелей. Интерфейс пользователя русскоязычной модификации системы XFCD показан на рисунке 2.
Рисунок 2 – Cистема XFCD
3. Система ITS Nissan
Любопытно рассмотреть и проект японских разработчиков — программа ITS Nissan. Данная интеллектуальная система тестировалась на дорогах префектуры Канагава. Базовая часть системы была допущена на дороги общего пользования. На участвующие в эксперименте автомобили установили сеть оптических датчиков, которые пересылают информацию специальным модулям. Задача этой системы — предупредить водителя о разных неожиданностях на дороге: о пробках, о машинах, приближающихся по второстепенной дороге, о дорожных работах, действующих ограничениях и прочих важных вещах.
Более сложная версия программы тестировалась на территории Технического центра Nissan в Атсуги (NTC). NTC — это небольшой город в городе, здесь есть свои улицы, перекрёстки, автобусные маршруты. В этих условиях и отрабатывались дополнительные меры по повышению безопасности пешеходов.
Автопарк NTC оснастили интерактивными модулями, дорожная инфраструктура была компьютизирована. Интерфейс HMI (человек-машина) дополнили новыми функциями: если водитель игнорирует запрещающий сигнал светофора, система HMI может вмешаться в процесс управления.
Одна из главных причин дорожно-транспортных происшествий с участием пешеходов заключается в том, что люди переходят дорогу на красный свет. Светофоры на территории NTC всегда «зелёные» для пешеходов и «красные» для автомобилей. Но стоит машине остановиться перед переходом, её датчик передаёт сигнал светофору, переключая его на зелёный свет.
Перед перекрёстком установлены оптические датчики, которые анализируют, насколько движение интенсивно. Светофор сам в состоянии рассчитать, когда именно нужно переключиться на нужный свет, чтобы автомобилям не приходилось резко тормозить. Таким образом, ITS позволяет устанавливать двухстороннюю связь между автомобилем и инфраструктурой. Ниссановцы экспериментировали с «умной» дорожной системой на протяжении трёх лет. Итог этих опытов — серийный автомобиль Nissan Fuga с установленной ITS, которая включает в себя и систему навигации [5].
Выводы
Таким образом, подводя итог обзору основных доступных интеллектуальных транспортных систем, стоит отметить, что интересные разработки уже существуют и вполне могут найти широкое распространение среди обычных автолюбителей. Правда, для того, чтобы система эффективно работала хотя бы в простейших ситуациях, необходимо, чтобы ею были оснащены не менее 10% транспортных средств на наших дорогах, а для оптимального же функционирования, по мнению ведущих экспертов, — и вовсе не менее 80%. Быстро это не получится, особенно учитывая, что большая часть нашего населения, исходя из финансовых возможностей, предпочитает отечественный автопром, который не слишком охотно внедряет интеллектуальные системы в свои модели.
Список использованной литературы
1. Аллилуева, Н. Интеллектуальные транспортные системы [Текст] / Н. Аллилуева, А. Григорьева // Технология защиты №1, 2015 г.
2. Treiber, М. Online traffic state estimation based on floating car data [Текст] / M. Treiber, A. Kesting // Conference MT-ITS in Dresden, Germany, 2013 г..
3. Блог Яндекса [Electronic resourse] / Интернет-ресурс. - Режим доступа : www/ URL: https://yandex.ru/blog/company/12695. - Загл. с экрана
4. Инфопедия [Electronic resourse] / Интернет-ресурс. - Режим доступа : www/ URL: https://infopedia.su/8xbbf5.html. - Загл. с экрана.
5. Драйв [Electronic resourse] / Интернет-ресурс. - Режим доступа : www/ URL: https://www.drive.ru/technic/4efb332e00f11713001e3f17.html. - Загл. с экрана