CC BY
26
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 629.113
С. И. ГУСЕВ, В. В.ЕПИФАНОВ
ИНФРАСТРУКТУРА СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БЕСПИЛОТНОГО АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
Подчёркивается важность транспортной инфраструктуры для беспилотных транспортных средств. Применительно к технологии беспилотного автомобиля (БА) рассмотрены роль и задачи «умной» транспортной инфраструктуры (или «разумного» города) системы функционирования БА на основе телематических и интеллектуальных транспортных систем.
Ключевые слова: беспилотный автомобиль, инфраструктура, система, функционирование, дорожное движение.
Применительно к технологии беспилотного автомобиля (БА) систему ВАДС можно преобразовать в систему «автоматическая система управления движением БА (АСУДБА) - БА -инфраструктура БА - среда» (СУБАИС). В этом случае подсистемы ВАДС становятся взаимосвязанными автоматическими подсистемами СУБАИС [1].
В систему функционирования БА в основном входят БА, инфраструктура, интеллектуальная транспортная система (ИТС), центр управления движением (ЦУД), технические средства управления дорожным движением, глобальная навигационная спутниковая система, средства связи, автоматизированная система мониторинга внешней среды.
В настоящее время основное внимание разработчиков сосредоточено непосредственно на проектах БА и не достаточно рассматриваются вопросы, связанные с системой функционирования БА и, в частности, проблемы инфраструктуры.
Система функционирования БА должна использовать инфраструктурные системы, встроенные на самой дороге либо около неё [2]. Особую значимость для успешного развития беспилотного транспорта приобретает создание новой транспортной и информационно-телекоммуникационной инфраструктуры, обеспечивающей беспилотные транспортные средства необходимыми сервисами и информацией.
В Российской Федерации в рамках плана мероприятий («дорожная карта») Национальной технологической инициативы по направлению «Автонет» (утверждена решением Президиума
© Гусев С. И., Епифанов В. В., 2020
Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России от 24 июня 2016 г., протокол №3) запланирована реализация ряда проектов, направленных на развитие инфраструктуры для автономных транспортных средств, в том числе создание полигона для комплексных испытаний автомобилей с системами помощи водителю и автономных автомобилей, создание и отработка технологий безлюдной добычи и перевозки твёрдых полезных ископаемых с применением роботизированной карьерной техники, а также создание на территории Российской Федерации высокоскоростных автотранспортных коридоров для автономных транспортных средств.
Важным требованием, связанным с развитием технологий БА, является их способность эффективно и безопасно взаимодействовать с окружающей инфраструктурой в различных дорожных ситуациях (например, взаимодействие с различными типами пользователей, неожиданными препятствиями) вне зависимости от внешних условий (например, плохих погодных условий или плохой видимости).
Необходимо развитие технологий беспроводной передачи данных для обеспечения максимально быстрого (мгновенного) обмена информацией БА с автомобилями разной степени автономности между собой и с объектами инфраструктуры. Следует отметить, что на территории Российской Федерации отсутствуют стандарты на подобные системы связи.
Задачами своевременного и эффективного развития инфраструктуры для инновационных видов транспорта в Российской Федерации являются [3]:
- обеспечение доступности и качества автотранспортных услуг для всех слоёв населения в соответствии с транспортными стандартами;
- обеспечение ценовой доступности автотранспортных услуг для всех слоёв населения в соответствии с социальными транспортными стандартами, в том числе за счёт эффективной гибкой государственной тарифной политики;
- существенное снижение аварийности, рисков и угроз безопасности на автомобильном транспорте;
- значительное уменьшение вредного воздействия транспорта на окружающую среду;
- снижение потерь, связанных с транспортными заторами в городах и на подходах к ним;
- уменьшение уровня энергоёмкости автомобильного и городского электрического транспорта.
Приоритетное значение имеет создание «умной» инфраструктуры (или «разумного» города) на основе телематических и интеллектуальных транспортных систем [4, 5].
Под телематической транспортной системой (ТТС) будем понимать информационную систему, обеспечивающую автоматизированный сбор, обработку, передачу и представление потребителям данных о местоположении и состоянии транспортных средств, а также информации, получаемой на основе этих данных, в целях эффективного и безопасного использования транспортных средств различного назначения и принадлежности [4].
Интеллектуальная транспортная система (ИТС) - это телематическая транспортная система, обеспечивающая реализацию функций высокой сложности по обработке информации и выработке оптимальных (рациональных) решений и управляющих воздействий [4]. Применительно к зарубежным системам будем использовать традиционный термин «интеллектуальные транспортные системы», хотя не все они соответствуют вышеприведённому определению.
Отличительной особенностью современных ИТС является изменение статуса транспортной единицы от независимого, самостоятельного и в значительной степени непредсказуемого субъекта дорожного движения в сторону «активного», предсказуемого субъекта транспортно-информа-ционного пространства. В этой связи одной из ключевых задач является развитие телематического комплекса дорожной инфраструктуры [5].
Оперативной задачей ИТС является осуществление и поддержка возможности автоматизированного и автоматического взаимодействия всех транспортных субъектов в реальном масштабе времени на адаптивных принципах [6].
Ключевым в построении ИТС является комплекс дорожно-транспортной, транспортно-технологической, транспортно-сервисной и информационной инфраструктуры. Фактически этот комплекс представляется как совокупность подсистем, в которой предусмотрена функция диспетчерского, оперативного и ситуационного координирования взаимодействия вовлечённых служб, ведомств и иных субъектов. Для организации такого взаимодействия необходимо создавать региональные центры управления движением (ЦУД). На федеральном (межведомственном) уровне необходимо сформировать единый орган контроля и надзора, реализующий функции сбора обобщённой информации, разработки планов реконструкции и развития дорожной системы, мониторинга индикаторов эффективности работы.
Построение ИТС невозможно без разработки и реализации проектных решений по формированию среды (комплекса) связи, учитывающей все виды связевого взаимодействия, от проводных (высокоскоростные оптоволоконные сети) до беспроводных (стандарты связи, доступные от операторов сотовой связи и радио до интернета и транкинговых типов связей) [7].
В «разумном» городе данные поступают не только из традиционных источников, но и от датчиков и устройств как установленных внутри БА, так и выступающих элементами инфраструктуры. Данные о местоположении транспортных средств позволяют перераспределять дорожное движение в реальном времени, а дополнительные системы, такие как «умные» светофоры, парковки, остановки, обеспечивают эффективное управление трафиком. Разумный подход стал выбором для целого ряда городов в мире и доказал свою эффективность. Ключевой инструмент «разумного» города — это данные. Поэтому основой системы является ЦУД, который объединяет все потоки информации, поступающие в реальном времени, интерпретирует их и принимает решение об управлении.
Для непосредственного управления движением ИТС включает отдельные подсистемы. Их количество, сложность и уровни взаимодействия друг с другом могут отличаться в различных моделях в зависимости от поставленных задач.
К подсистеме транспортной инфраструктуры относятся пути сообщения (магистрали, дороги, улицы), инженерные сооружения (мосты, путепроводы), здания и сооружения по обслуживанию участников дорожного движения (АЗС, стоянки, СТО), средства управления и связи, элементы обустройства.
Интеллектуальная подсистема мониторинга и реагирования - это основа работы ЦУД.
Своевременное выявление инцидентов и реагирование на них гарантирует безопасность на дорогах и снижение пробок. Диспетчер ЦУД видит результаты мониторинга на карте с цветовой схемой, отображающей загруженность потока в реальном времени. Источниками данных выступают камеры, которые автоматически анализируют ситуацию на дорогах по мере движения автомобилей в зоне их действия, а также пьезоэлектрические датчики.
Географическая информационная подсистема открывает возможность для связи данных с конкретными точками на дорожной карте.
Принцип работы подсистемы «умные» светофоры использует средства для измерения объёма трафика, которые сигнализируют о необходимости смены фаз. При затруднённом транспортном потоке зелёная фаза светофора для автомобилей активна дольше, чем обычно. Во время пиковых периодов светофоры на перекрестках синхронизируют свои фазы так, чтобы обеспечить «зелёные коридоры» для транспорта. Источниками входящих данных для системы могут служить также камеры, распознающие объём трафика. В комплексной модели «разумного» города информация от камер о ситуации на дороге передаётся одновременно в программную среду для алгоритмической обработки и в систему управления, где она визуализируется и выводится на экраны в ЦУД. «Умные» светофоры играют важную роль для водителей не только благодаря очевидному эффекту — снижению числа пробок, — но и из-за обратной связи, поступающей на пользовательские устройства, такие, как WayRay №уюп. Например, водители в Токио получают сигналы от инфракрасных датчиков прямо на навигаторы, которые выстраивают на основе этого оптимальный маршрут.
Большое значение для транспортной инфраструктуры БА имеют состояние дорожного полотна и технические средства регулирования дорожного движения: «умные» светофоры, дорожные знаки, дорожная разметка. В настоящее время состояние дорог в Российской Федерации оставляет желать лучшего. В зимний период и в плохую погоду неоднозначность дорожной обстановки очень велика, и это делает движение БА практически невозможным. Очевидно, что необходима разработка стандартов для транспортной инфраструктуры БА применительно к нормированию требований и показателей состояния дорожного полотна и технических средств регулирования дорожного движения. Сегодня состояние транспортной инфраструктуры не соответствует системе функционирования БА. Следует учесть также, что первое время БА
будут двигаться в потоке автомобилей с разным уровнем автономности управления.
Вероятно, даже самые развитые транспортные инфраструктуры, в том числе системы управления движением, переживут глобальную модернизацию, после того как БА вытеснят с дорог традиционные автомобили, и мы увидим новый мир без светофоров, дорожных камер и «лежачих полицейских». Однако пока полный переход на БА - это перспектива. А вот рост числа «разумных» городов - это вполне реальная перспектива.
СПИСОК ЛИTЕРАTУРЫ
1. Гусев С. И., Епифанов В. В. Система функционирования беспилотного автотранспортного средства // Вестник УлПУ. - 2019. - №4. -С.43-46.
2. Шадрин С. С. Методология создания систем управления движением автономных колёсных транспортных средств, интегрированных в интеллектуальную транспортную среду: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Москва, 2017. - 34 с.
3. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» [Электронный ресурс] URL: http://nami.ru/ (дата обращения: 03.02.2020).
4. Комаров В. В., Гараган С. А. Архитектура и стандартизация телематических и интеллектуальных транспортных систем. Зарубежный опыт и отечественная практика. - Москва : НГБ «Энергия», 2012. - 158 с.
5. Autonomous car development company Waymo [Электронный ресурс] URL: https://waymo.com, доступ свободный (дата обращения: 03.0202020).
6. Разработка системы беспилотного управления движением транспортного средства с электроприводом / Зезюлин Д. В., Tюгин Д. Ю., Tумасов А. В., Грошев А. М., Беляков В. В., По-рубов Д. М., Филатов В. И., Береснев П. О. // Tруды Н^У им. Р.Е. Алексеева. - 2018. -№1 (120). - С. 165-174.
7. Робототехника. Инженерно-технические кадры инновационной России [Электронный ресурс] URL: http://russianrobotics.ru/ (дата обращения: 03.02.2020).
REFERENCES
1. Gusev S. I., Epifanov V. V. Sistema funkcionirovaniya bespilotnogo avtotransportnogo sredstva [Unmanned Vehicle Operation System]. Vestnik UlGTU. 2019, no 4, pp. 43-46.
2. Shadrin S. S. Metodologiya sozdaniya sistem upravleniya dvizheniem avtonomnyh kolyosnyh transportnyh sredstv, integrirovannyh v intellektual'nuyu transportnuyu sredu: avtoref. dis.
... d-ra tekhn. nauk [Methodology for the Creation of Autonomous Wheel Vehicle Traffic Control Systems Integrated into the Intelligent Transport Environment]: Autoref. yew. ... Dr. s tech. sciences. Moscow, 2017, 34 p.
3. GNC RFFGUP «NAMI» [GNC of the Russian Federation FSUE «NAM»] [Electronic resource] URL: http://nami.ru/ (accessed: 03.02.2020).
4. Komarov V. V., Garagan S. A. Arhitektura i standartizaciya telematicheskih i intellektual'nyh transportnyh sistem. Zarubezhnyj opyt i otechestvennaya praktika. [Architecture and standardization of telematic and intelligent transport systems. Foreign experience and domestic practice]. Moscow: NTB Energia, 2012. 158 p.
5. Autonomous car development company Waym [Electronic resource] URL: https://waymo.com, access free (accessed: 03.02.2020).
6. Razrabotka sistemy bespilotnogo uprav-leniya dvizheniem transportnogo sredstva s elektroprivodom [Development of the system of pilotless traffic control of the vehicle with Electric drive] / Zezyulin D. V., Tyugin Yu., Tumasov A. V., Groshev A. M., Belyakov V. V., Porubov D. M.,
Filatov V. I., Beresnev P. O. Trudy NGTU im. R. E. Alekseeva. [Works NGTU of R.E. Alekseev], 2018, no. 1 (120), pp. 165-174.
7. Robototekhnika. Inzhenemo-tekhnicheskie kadry innovacionnoj Rossii [Robotics. Engineering and technical personnel of innovative Russia] [Electronic resource] URL: http://russianrobotics.ru/ (accessed: 03.02.2020).
Гусев Сергей Иванович, аспирант кафедры «Управление в технических системах» Ульяновского государственного технического университета, Е-mail: sergey-gusev1996@/yandex.ru. Епифанов Вячеслав Викторович, доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили» Ульяновского государственного технического университета, E-mail: [email protected].
Поступила 18.02.2020 г.
