CC BY
22
ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ
УДК 338.47:629.113
С. И. ГУСЕВ, В. В.ЕПИФАНОВ
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БЕСПИЛОТНОГО АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
Подчеркивается важность беспилотных транспортных технологий. Применительно к технологии беспилотного автотранспортного средства (БАС) предложена система его функционирования в виде подсистем «система управления БАС (СУБАС)», «система БАС (СБАС)», «инфраструктура БАС (ИБАС)», «среда БАС (СРБАС)». Рассмотрена сущность данных подсистем.
Ключевые слова: беспилотное транспортное средство, система, функционирование, инфраструктура.
В Российской Федерации решением Президиума Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России от 24 июня 2016 г., протокол №3 в рамках плана мероприятий Национальной технологической инициативы по направлению «Автонет» запланирована реализация ряда проектов, направленных на развитие инфраструктуры для беспилотных автотранспортных средств, в том числе создание полигона для комплексных испытаний автомобилей с системами помощи водителю и беспилотных автомобилей, создание на территории РФ высокоскоростных автотранспортных коридоров для беспилотных транспортных средств.
В РФ направление разработок систем беспилотного управления движением транспортных средств развивается менее успешно, однако значительный задел имеют ряд компаний: Яндекс, Cognitive technologies, ФГУП НАМИ, ПАО «КамАЗ», Avrora robotics и др. [1].
Традиционно специфические особенности и проблемы дорожного движения обусловлены, прежде всего, системой «водитель - автомобиль -дорога - среда движения» (ВАДС). В структуре системы можно выделить механическую подсистему АД - «автомобиль-дорога» и биомеханические подсистемы ВА - «водитель - автомобиль» и ВД - «водитель - дорога», а также подсистемы СВ, СА, СД. В данной интерпретации термин «среда» охватывает пешеходов, а также погодно-климатические факторы (метеорологическую видимость, осадки, ветер, температуру воздуха). Среда оказывает воздействие на водителя, автомобиль и дорогу в процессе их взаимодействия.
© Гусев С. И., Епифанов В. В., 2020
Применительно к технологии беспилотного автотранспортного средства (БАС) систему ВАДС можно преобразовать в «систему функционирования БАС (СФБАС)», состоящую из подсистем «система управления БАС (СУБАС)», «система БАС (СБАС)», «инфраструктура БАС (ИБАС)», «среда БАС (СРБАС)» [2].
СУБАС - это алгоритмы функционирования беспилотных автомобилей, основанные на Байесовском методе синхронной локализации и создания карт (SLAM). Суть действия этих алгоритмов заключается в совмещении данных с карт и датчиков автомобиля. Так, SLAM и метод нахождения и отслеживания передвигающихся объектов (DATMO) были созданы и сегодня применяются компанией Google [3].
Ряд систем опирается на так называемые инфраструктурные системы [4], встроенные на самой дороге либо около неё. Однако новейшие технологии позволят симулировать человеческое присутствие во время принятия решений о скорости и рулении, благодаря наличию целого комплекса сенсоров, камер, систем спутниковой навигации и т. д.
Как правило, устанавливаются следующие датчики: система стереозрения, дальномер оптического распознавания, гиростабилизатор, система глобального позиционирования (например, Глонасс или GPS), а в некоторых случаях даже нейросети и машинное зрение.
СБАС состоит из механической и аппаратно-электронной частей.
Механическая часть включает шасси, кузов, двигатель (внутреннего сгорания, электропривод).
Аппаратная часть БА состоит из различных типов сенсоров [5]. Внутри автомобиля располагаются камеры переднего и заднего обзора, по изображению с которых происходит распознавание
автомобилей, пешеходов, дорожных знаков и разметки, а также границ проезжей части. На крыше автомобиля, как правило, устанавливаются лазерные излучатели (ЛИДАРы), которые сканируют окружающее пространство. На основе информации об отражениях лучей составляется трёхмерная карта, с помощью которой вычисляются точные расстояния до тех или иных объектов вокруг машины. Машина также оборудована датчиками, определяющими её местоположение, скорость и направление движения. Это приёмники GPS/GLONASS, блок инерциальных измерителей и сенсоры, измеряющие одометри-ческие данные машины, например, скорость вращения отдельных колёс.
Важным требованием, связанным с развитием технологий ИБАС, 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 ИБАС в Российской Федерации являются [6]:
- 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.
Несмотря на то, что автономный подход предполагает машинное обучение по преодолению недостатков существующей инфраструкту-
ры, определённые пробелы в инфраструктуре создают серьёзные препятствия для применения такой технологии. Целесообразно применение механизмов государственно-частного партнёрства или приватизация государственных участков или объектов дорожной инфраструктуры, которые потребуют модернизации, в том числе оснащения необходимым оборудованием сервиса безопасности (автомобиль - инфраструктура) и адаптации дорожного полотна, разметки, знаков и парковочных мест для эксплуатации транспортных средств различного уровня автономности.
Вслед за закреплением обязанности оснащать на территории Европейского союза все транспортные средства современными системами помощи водителю, такими, как AEBS (правила Европейского союза 347/2012, 2015/562) и LDW (правило Европейского союза 351/2012), ужесточение требований по безопасности закономерно потребует обеспечения возможности взаимодействия со светофорами, дорожными знаками, другими участниками движения для получения новой и дополнительной информации.
Приоритетное значение имеет создание «умной» инфраструктуры (или «разумного» города) на основе телематических и интеллектуальных транспортных систем [7, 8].
Основными направлениями стимулирования развития инфраструктуры для беспилотного транспорта и «разумного» города являются:
- создание интеллектуальных транспортных систем для мониторинга и управления функционированием автомобильного и городского электрического транспорта;
- разработка модели информационного взаимодействия транспортных средств, объектов инфраструктуры и пользователей автомобильного и городского электрического транспорта;
- разработка требований к государственным информационным системам, а также к информационным системам, входящим в состав объектов концессионных соглашений, при функционировании которых предполагается использование навигационной информации, обеспечивающих использование составных частей государственной автоматизированной информационной системы «ЭРА-ГЛОНАСС» в создаваемых информационных системах;
- разработка типовых моделей и выработка требований (рекомендаций) к оснащению транспортных средств и инфраструктуры информационно-телекоммуникационными средствами автомобильного и городского электрического транспорта для различных территорий, принятие соответствующих нормативных (рекомендательных)
документов, в том числе по порядку и срокам оснащения;
- разработка и внедрение интеллектуальных транспортных систем, в том числе обслуживающих интермодальные перевозки, с использованием глобальной навигационной системы ГЛО-НАСС и современных диспетчерских и логистических технологий.
Вероятно, даже самые развитые системы управления трафиком переживут глобальную модернизацию, после того как беспилотники вытеснят с дорог традиционные автомобили, и мы увидим новый мир без светофоров, дорожных камер и «лежачих полицейских». Однако в ближайшее время полный переход на беспилотные автомобили маловероятен. А вот рост числа «разумных» городов — это вполне реальная перспектива.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гусев С. И., Епифанов В. В. Система функционирования беспилотного автотранспортного средства // Вестник УлГТУ. - 2019. -№4. - С. 43-46.
2. Робототехника Инженерно-технические кадры инновационной России [Электронный ресурс] URL: http://russianrobotics.ru/.
3. 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.
4. Autonomous car development company Waymo [Электронный ресурс] URL: https:// waymo.com, доступ свободный.
5. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» [Электронный ресурс] URL: http://nami.ru/
6. Зезюлин Д. В., Тюгин Д. Ю., Тумасов А. В., Грошев А. М., Беляков В. В., Порубов Д. М., Филатов В. И., Береснев П. О. Разработка системы беспилотного управления движением транспортного средства с электроприводом // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. - 2018. — №1 (120).-С.165-174.
7. Комаров В. В., Гараган С. А. Архитектура и стандартизация телематических и интеллектуальных транспортных систем. Зарубежный опыт и отечественная практика. - Москва: НТБ «Энергия», 2012. - 158 с.
8. ГОСТ Р 56294-2014 Интеллектуальные транспортные системы. Требования к функциональной и физической архитектурам интеллектуальных транспортных систем.
REFERENCES
1. Gusev S. I., Epifanov V. V. Sistema funkcionirovaniya bespilotnogo avtotransportnogo sredstva [System of functioning of an unmanned
autotransport vehicle]. Vestnik UlGTU [Bulletin of UlSTU]. 2019, no. 4, pp. 43-46.
2. Robototekhnika Inzhenemo-tekhnicheskie kadry innovacionnoj Rossii [Robotics engineering and technical personnel of innovative Russia] Elektronnyj resurs [Electronic resource] URL: http: //russianrobotics .ru/.
3. Shadrin S. S. Metodologiya sozdaniya sistem upravleniya dvizheniem avtonomnyh kolesnyh transportnyh sredstv, integrirovannyh v intellektual'nuyu transportnuyu sredu: avtoref. diss. ... d-ra tekhnich. nauk [Methodology for creating motion control systems for Autonomous wheeled vehicles integrated into an intelligent transport environment: autoref. Diss. ... doctor of technical sciences]. Moscow, 2017, 34 p.
4. Autonomous car development company Waymo Elektronnyj resurs [Electronic resource] URL: https:// waymo.com, access is free.
5. SSC RF FSUE «NAMI» Elektronnyj resurs [Electronic resource] URL: http://nami.ru/
6. Zezyulin D. V., Tyugin D. Yu., Tumasov A.V., Groshev a.m., Belyakov V. V., Porubov D. M., Filatov V. I., Beresnev P. O. Razrabotka sistemy bespilotnogo upravleniya dvizheniem transportnogo sredstva s elektroprivodom [Development of an unmanned vehicle traffic control system with an electric drive]. Trudy NGTU im. R. E. Alekseeva [Proceedings of NSTU named after R. E. Alekseev]. 2018, no. 1 (120), pp. 165-174.
7. Komarov V. V., Garagan S. A. Arhitektura i standartizaciya telematicheskih i intellektual'nyh transportnyh sistem. Zarubezhnyj opyt i otechestvennaya praktika [Architecture and standardization of telematics and intelligent transport systems. Foreign experience and domestic practice]. Moscow, NTB Energia, 2012, 158 p.
8. GOST R 56294-2014 Intellektual'nye transportnye sistemy. Trebovaniya kfunkcional'noj i fizicheskoj arhitekturam intellektual'nyh transportnyh system [GOST R 56294-2014 Intelligent transport systems. Requirements for functional and physical architectures of intelligent transport systems].
Гусев Сергей Иванович, аспирант кафедры «Управление техническими системами» Ульяновского государственного технического университета, Е-mail: sergey-gusev1996@yandex.ru. Епифанов Вячеслав Викторович, доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили» Ульяновского государственного техническо-гоуниверситета, Е-mail: v.epifanov73@mail.ru.
Поступила 23.09.2020 г.
