Программный инструмент помогает автомобилям и пешеходам безопасно и эффективно делить дорогу
Свет становится зеленым. Затем внезапно визг тормозов превращается в тошнотворный хруст металла о металл. Удивительно большое количество автомобильных аварий — 21% всех автомобильных аварий — происходит на перекрестках со светофорами. Хотя эти инциденты, как правило, вызваны ошибкой водителя, новые технологии, связанные с дорожной инфраструктурой, могут помочь предотвратить аварии, вызванные неправильным суждением человека.
Следующее поколение управления светофорами должно будет не только подсказывать водителям красный, желтый и зеленый сигналы, но и управлять средой, включающей автоматизированные транспортные средства, пешеходов и велосипедистов наряду с обычными автомобилями. Интеллектуальный подход к восприятию и управлению дорожной инфраструктурой (IPC) может принести пользу всем участникам дорожного движения, а не только тем, у кого есть автомобили с автоматизированными функциями.
Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США создают вычислительный механизм IPC для повышения производительности подключенных и автоматизированных транспортных средств за счет связи между инфраструктурой и транспортными средствами и ускорения развертывания средств управления дорожным движением следующего поколения. Этот программный инструмент собирает и объединяет данные в режиме реального времени от инфраструктурных датчиков, таких как радары и камеры, для создания точных цифровых представлений трафика на перекрестке.
Позже в этом году NREL выпустит онлайн-инструмент с открытым исходным кодом, чтобы планировщики, исследователи и другие пользователи могли объединять данные датчиков из этих нескольких источников в серию реалистичных симуляций в реальном времени (или «цифровых двойников») трафика в целый ряд условий и сценариев.
«Мы оптимизируем инфраструктуру и средства управления сигналами для работы с автоматизированными функциями автомобилей, а не сосредотачиваемся исключительно на автомобильных технологиях и эксплуатации», — сказал руководитель проекта и постдокторский исследователь NREL Римпл Сандху. «Сделав это, мы сможем быстрее создать более безопасную общую транспортную систему, чтобы создать мир, в котором беспилотные автомобили могут безопасно сосуществовать со старыми моделями автомобилей, а также с пешеходами и велосипедистами».
Многие автомобили на современных дорогах уже имеют автоматические функции, такие как самостоятельная парковка, адаптивный круиз-контроль и обнаружение слепых зон. К сожалению, темпы развертывания полностью автоматизированных (или беспилотных) транспортных средств сдерживаются проблемами безопасности и отсутствием связи между транспортными средствами и инфраструктурой. Одна из проблем заключается в том, что одно транспортное средство не может полностью ощущать свое окружение в условиях проезжей части со сложным сочетанием транспортных средств и других пользователей.
Совместная автоматизация вождения (CDA), встроенная в инфраструктуру, а не в отдельные автомобили или грузовики, может повысить безопасность, эффективность и надежность всей транспортной системы, особенно по мере роста автоматизации транспортных средств. Этот подход позволит повысить безопасность быстрее и экономичнее за счет усовершенствования примерно 300 000 оборудованных светофорами перекрестков, а не замены почти 300 миллионов транспортных средств, которые ездят по этим дорогам.
Разработанный NREL двигатель IPC будет использовать передовые инфраструктурные датчики, передаваемые на установленные производителем функции автоматизации транспортных средств, для повышения безопасности и топливной экономичности при одновременном снижении выбросов парниковых газов. Сочетание показаний датчиков инфраструктуры и транспортных средств с разных точек зрения не только делает результирующую цифровую модель более точной, но также позволяет обнаруживать и измерять потенциальные слабые места в области безопасности и кибербезопасности. Кроме того, структура IPC «цифровой двойник» позволяет нескольким разработчикам приложений совместно использовать проверенные модели пересечений и совместно работать над инновациями. Кроме того, исследователи NREL используют информацию IPC для приложений, связанных с энергетикой, которые могут принести пользу зданиям и энергосистеме.
Валидация инструмента на основе данных
Лаборатория недавно заключила партнерское соглашение с городом Колорадо-Спрингс для сбора данных о транспортных средствах и пешеходах, которые будут использоваться для оценки, настройки и проверки инструмента IPC. Данные были собраны с помощью радара и датчиков обнаружения и дальности света (LiDAR), установленных на столбах на погрузчиках. Оборудование LiDAR и радар были одинаково установлены на двух мачтах или столбах, и столбы были ориентированы в разных направлениях для увеличения зоны охвата датчика. Два управляемых человеком испытательных автомобиля, каждый из которых оснащен высокоточными устройствами GPS, фиксирующими «наземную правду» о движении транспортных средств, выполняли различные маневры в отношении размещения и ориентации датчиков.
Данные радара, LiDAR и GPS служат набором проверочных данных для инструмента IPC, который объединяет следы транспортных средств и пешеходов, обнаруженные датчиками, в то время как передовые алгоритмы байесовской фильтрации объединяют различные пути и вычисляют единую картину дорожного движения.
Собранные данные выявили сильные и слабые стороны каждого типа датчиков. Например, LiDAR определял формы транспортных средств точнее, чем радар, но у него также было больше ложных срабатываний.
Приложения и преимущества
Приложения с поддержкой IPC включают подключенное эко-вождение и оптимизацию сигналов светофора для максимальной экономии топлива и эффективности, а также оповещения о пешеходах для повышения безопасности. Высококонкурентные коммерческие автопроизводители строго охраняют свою интеллектуальную собственность, ограничивая объем общедоступной информации о технологиях автоматизированных транспортных средств. Инструмент IPC с открытым исходным кодом NREL будет поддерживать и информировать о разработке множества приложений, соединяющих транспортные средства друг с другом и транспортной инфраструктурой.
Признавая потребность в инфраструктуре, предназначенной для связи с автоматизированными транспортными средствами, Министерство транспорта США запустило инициативу Cooperative Automation Research Mobility Applications (CARMA) Streets. Проект NREL обеспечивает высокоточные показания, быстрые и точные вычисления, а также связь с механизмом IPC на основе инфраструктуры, который можно использовать с инфраструктурой CARMA Streets.
«Автоматизированные транспортные средства являются критически важными элементами в нашем переходе к транспортному будущему с нулевым уровнем выбросов», — сказал Стэн Янг, руководитель группы инноваций и капитала NREL Mobility. «Они также будут играть ключевую роль в создании более справедливой транспортной системы, предлагая жизнеспособную альтернативу владению транспортными средствами для работников с низким доходом и людей, которые не могут водить машину, а также решать проблемы последней мили, с которыми сталкиваются многие транспортные системы. прорывы будут играть жизненно важную роль в том, чтобы это произошло».
