К.т.н. Семенов В.В., к.т.н. Калмыков Б.Ю.

ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса» (ГОУ ВПО «ЮРГУЭС»), г. Шахты, Россия

Перспективы применения новых информационных технологий для организации безопасного дорожного движения автотранспорта

В результате появления автомобилей территория промышленно развитых стран покрылась густой сетью автомобильных дорог - главных транспортных артерий XX и начала XXI веков.

В настоящее время в мире насчитывается 15 млн км благоустроенных дорог, в том числе в Российской Федерации - до 1 млн км.

Все нарастающая интенсивность и скорость движения заставила выработать необходимое информационное обеспечение автомобильного транспорта. Дорога, транспорт, человек, - это три основных составляющих дорожного движения.

С увеличением скорости движения автомобилей возникла необходимость информировать водителя о состоянии дороги, о том, насколько она безопасна для движения.

Изобретение компьютера и развитие цифровых информационных технологий позволило коренным образом усовершенствовать информационное обеспечение автомобилей.

В современных автомобилях все системы и агрегаты - двигатель и трансмиссия, тормоза, система рулевого управления, подвески, система безопасности, система поддержания определенной температуры и влажности в салоне, - контролируются и управляются бортовыми компьютерами- современный бортовой компьютер типового автомобиля (например, гибридного автомобиля Порше) отслеживает около двадцати тысяч параметров. Во многих современных автомобилях имеются проигрыватель компакт-дисков и флэш- накопителей, один или несколько встроенных сотовых телефонов и навигационный компьютер, содержащий приемник спутниковой системы навигации (GPS). В нем применяются электронные карты местности для определения точного местоположения автомобиля на местности и прокладывания маршрута следования. Такой радионавигатор снижает утомляемость за рулем и позволяет экономить время и деньги на объездах и поисках.

Изменился вид приборной панели. Вместо набора стрелочных приборов используется единый жидкокристаллический монитор, на котором информация о скорости, расходе топлива и пробеге либо дается водителю в цифровой форме, либо имитируется в виде стрелочных приборов. Применяются сенсорные дисплеи, чувствительные к прикосновению, и электронное табло спидометра с проектором скорости на лобовое стекло.

Для автомобилей разработаны видео/аудиоцентры и системы навигации: 5-дюймовый монитор на жидких кристаллах, радио (ЧМ и СВ), проигрыватель CD- и DVD-дисков, видео, телевизионный тюнер, система навигации и акустическая система.

В настоящее время автомобильная навигация осуществляется по сигналам искусственных спутников. При подключении системы навигации трехмерные карты на мониторе и аудиогид помогают водителю благополучно доехать до пункта назначения. Как только водитель вводит в систему навигации пункт, до которого ему нужно добраться, система сразу же ищет наилучший маршрут (например, кратчайший путь). По желанию можно задать несколько пунктов, через которые необходимо проехать до конечного пункта. Затем система указывает маршрут при помощи стрелки на карте и голоса. Трехмерная карта позволяет видеть объекты впереди и трехмерные увеличенные изображения перекрестков. Голосовой гид системы навигации предупреждает о приближении к перекрестку, например, так: "Через 600 метров сделайте левый поворот"

В салоне автомобиля можно легко разместить самые разные мобильные устройства - ноутбук или палмтоп, принтер, сканер, факс. Ведущие мировые производители (BMW, DaimlerCrysler, Ford, Fiat, General Motors, Honda, Renaut, Volkswagen) стремятся объединить все электронные приборы и устройства автомобиля в единую сеть - своеобразный передвижной офис.

К электронному оснащению современного автомобиля относятся и приспособления hands free ("свободные руки").

Наиболее простыми приспособлениями hands free могут служить "пешеходные" гарнитуры. В их состав входят наушник, микрофон и специальная клипса, с помощью которой микрофон закрепляется поближе ко рту.

В более дорогие устройства "свободные руки" для автомобиля входит чувствительный микрофон, позволяющий говорить в машине, не напрягая голоса, и выносная антенна, улучшающая прием.

Однако после внедрения приспособлений "свободные руки" аварийность на дорогах не уменьшилась: водители, болтая по телефону во время движения, теряют контроль над автомобилем и поздно реагируют на внезапно возникающую опасность. Реакция водителя, разговаривающего по телефону, замедляется в два раза.

Технология Blue Eyes регистрирует движения глаза водителя и частоту моргания. Инфракрасная камера следит за положением глаз, и если система не находит глазного яблока, считается, что водитель во время движения автомобиля заснул. Тогда раздается сигнал тревоги, который разбудит водителя и тем самым предотвратит одну из самых опасных аварийных ситуаций.

Другие применения технологии Blue Eyes - регистрация водителя по индивидуальному рисунку радужной оболочки глаза, анализ мимики его лица. Когда он садится за руль, система автоматически настраивает положение зеркал и сиденья. Если водитель нахмурится, система автоматически включит веселую музыку.

Так же для обеспечения безопасности в автомобили встраивают системы предупреждения о столкновении, датчики наличия автомобиля сзади в "мертвой" зоне, видео- систему, ограничивающую выезд на сплошую или двойную сплошную линии.

Для обеспечения дополнительной безопасности при выполнении заднего хода выпускается комплект из видеокамеры и ЖК-дисплея. Камера закрепляется рядом с задним номерным знаком автомобиля и передает изображение по беспроводному соединению на экран с диагональю 2,5 дюйма, который монтируется на приборной панели.

Для обеспечения безопасности при движении задним ходом применяется парковочный радар. Принцип его действия основан на современной технологии измерения расстояния до препятствия с помощью ультразвукового сигнала. Датчики, установленные около заднего бампера, и система индикации расстояния до препятствия облегчат парковку и маневрирование в ограниченном пространстве, а также в темное время суток. Помимо датчиков, система комплектуется звуковым и/или световым индикатором расстояния. Они устанавливаются на приборной панели и дают водителю мгновенную информацию о расстоянии до приближающегося препятствия.

Столбики, высокие бордюры, крупные предметы, лежащие на земле, - все это находится вне поля зрения водителя. Как результат - повреждения бампера, случайные царапины, вмятины и расходы на ремонт. Парковочный радар способен своевременно предупредить водителя о приближении не только к крупным препятствиям, но и к малогабаритным объектам и объектам небольшой высоты, что особенно полезно в темное время суток.

Адаптивный круиз-контроль (АСС) умеет не только поддерживать заданную скорость движения, но и может автоматически поддерживать заданное расстояние до впереди идущего автомобиля. Радар, установленный на решетке радиатора, способен распознавать движущиеся впереди (тем же курсом) автомобили. Если полоса свободна, система поддерживает заданную скорость. Если же радар распознает автомобиль, движущийся впереди на более низкой скорости, система автоматически уменьшает подачу топлива в цилиндры двигателя, а при необходимости даже притормаживает машину, используя рабочую тормозную систему.

Наряду с использованием информационных технологий в легковых автомобилях и на грузовом транспорте, в настоящее время весьма актуальны задача внедрения новых информационных технологий для организации безопасного дорожного движения.

Данное направление развивается следующим образом:

- развиваются Интернет ресурсы, позволяющие проследить маршрут передвижения и увидеть заторы (в том числе прогнозные) на маршрутах как в городах так и вне населенных пунктов (на трассах): это такие ресурсы как www.probki.net, www.probki.vesti.ru, www.maps.mail.ru, www.maps.yandex.ru, www.maps.google.ru и др.;

- развиваются системы автоматического управления дорожным движением с учетом дорожных параметров при помощи светофоров и управляемых дорожных знаков как в городах так и за его пределами, например на кольцевых автодорогах;

- активно развиваются системы автоматической видеофиксации с передачей информации а общую цифровую сеть: стационарные комплексы видеофиксации нарушений Правил дорожного движения Российской Федерации с централизованной обработкой информации ("Крис"С, "Арена", "КАСКАД");

- посты ГИБДД и передвижные автомобили снабжаются современным оборудованием, позволяющим оперативно регистрировать нарушения и проводить их анализ: лазерный измеритель скорости и дальности с фотофиксацией и идентификацией ТС ЛИСД-2Ф, мобильные комплексы видеофиксации нарушений Правил дорожного движения Российской Федерации («ВИЗИР»), передвижные комплексы видеофиксации нарушений Правил дорожного движения Российской Федерации ("КРИС"П, "АРЕНА"), спектрофотометрический анализатор алкоголя в выдыхаемом воздухе АКПЭ-01М, комплекс, позволяющий с помощью электронной карты местности определить оптимальный маршрут движения к месту дорожно-транспортных происшествий;

- внедряется автоматизированная информационно-управляющая система (АИУС) подразделений дорожно-патрульной службы Госавтоинспекции, интегрированной с Единой государственной системой предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС), основное назначение которой информирование экстренных служб о ДТП; сбор, обработка и хранение информации о чрезвычайных ситуациях (крупные дорожно-транспортные аварии и катастрофы) и происшествиях на автодорогах; обеспечение информационного взаимодействия с АИУС РСЧС; предоставление возможности аналитической обработки информации, относящейся к ДТП и чрезвычайным ситуациям на автодорогах;

- развиваются системы диспетчерского наблюдения и планирования безопасного передвижения грузового и муниципального транспорта на основе систем ГЛОНАСС и GPS совместно с каналами подвижной и мобильной радиосвязи;

- развиваются системы автоматического весового контроля грузового автомобильного транспорта, объединенные в единый государственный портал. Данные системы позволяют сохранить дорожное покрытие и тем самым повысить безопасность авто дорог. При помощи встроенных в дорожное покрытие цифровых весов датчиков и видеокамер формируется базы данных об осевой нагрузке автомобилей и выявляется перегруз с передачей информации на Интернет портал;

- на базе систем RDS- TMS и их аналогов внедряется системы оповещения водителей о чрезвычайных ситуациях и заторах.

Перспективы развития информационных технологий на автотранспорте таковы, что через пару десятков лет мы будем иметь автоматически управляемое наземное транспортное средство, способное безопасно и самостоятельно (без участия человека) доставить нас в любую заданную точку маршрута, рассчитанного навигатором. Дополнительная информация из глобальной сети и наземных и спутниковых систем связи и навигации поможет данному автомобилю–роботу оптимально спланировать безопасный маршрут.

Технология автоматически управляемых наземных транспортных средств (Unmanned Ground Vehicle - UGV) развивается нерегулярным образом. Исследователи обдумывали эту идею в 1960-х гг., но тогда технология была недостаточно зрелой, и только в середине 1980-х гг. в военной промышленности США был разработан прототип UGV. Целью проекта являлась автоматизация парка военных наземных транспортных средств. В конце 1980-х гг. исследователи стали проявлять интерес к гражданским проектам, инициированным правительствами разных стран. И только в конце 1990-х гг. автомобильная промышленность, наконец, смогла подойти к разработке и дорожным испытаниям первых автономных транспортных средств.

Автомобиль, движущийся со скоростью 96 км/час, покрывает 26.5 метров в секунду. Время реакции большинства водителей-людей составляет около трех секунд, в течение которых транспортное средство пройдет около 100 метров. Типичный водитель получает информацию о дорожных условиях за 11 секунд до достижения автомобилем соответствующего участка дороги. За это время водитель принимает последовательность решений на основе данных о 291 метре дороги, различающихся для разных маршрутов движения. Кроме того, требуется обрабатывать еще и данные заднего обзора, влияющие на условия безопасности движения. Все это порождает потребность в непрерывной последовательности решений, которые приходится принимать с учетом ранее принятых тактических решений об общем маршруте движения. Из данного анализа видно, что бортовой компьютер требует достаточно мощных интеллектуальных вычислений, так как обрабатывает достаточно большое количество различной информации, включая многоканальное потоковое видео. Этим объясняется сравнительно низкая средняя скорость передвижения существующих в настоящее время автоматически управляемых наземных транспортных средств.

Как известно, на последнем конкурсе DARPA Grand Challenge (США) были представлены машины, управляемые в полностью автономном режиме. Автомобиль-робот на базе дизеля Volkswagen Touareg из Стенфордского университета (штат Калифорния, США), «выиграл» приз Пентагона в 2 млн. долларов – он первым (из пяти) прошел расстояние более 210 км по пустыне штата Невада за 6 часов 54 минуты со средней скоростью 30 км/ч.

Такие автомобили-роботы используют систему спутниковой навигации GPS и программируются на определенный курс. В движении машина анализирует обстановку с помощью четырех датчиков: дальности, радара, стереокамеры и монокулярной видеосистемы. Данные обрабатывает бортовой компьютер. Системы управления механикой автомобиля разрабатываются в исследовательских лабораториях автоконцернов.

В настоящее время наблюдается множество исследовательских и несколько реальных проектов в области интеллектуальных транспортных средств. Например, фирма Advance Space Sense Transport разработала персональный электро автомобиль для четырех человек Ultra, максимальная скорость движения которого 40 км/ч, который функционирует в аэропорту Фитроу (г.Лондон). В данном транспортном средстве устранена самая небезопасная часть автомобиля- водитель. Лазерные датчики расстояния с каждой стороны удерживают машину от столкновения. Центральный компьютер управляет всей сетью данного транспорта. В центральном компьютере отображаются перемещение всех машин. В каждой машине установлен компьютер, связанный с центральной системой контроля и управления. Если что то не так – машина просто останавливается.

Однако технологические проблемы и правовые соображения, связанные с полностью автоматическими транспортными средствами, побуждают автомобильную промышленность пока что концентрироваться на контролируемых системах и системах развитой помощи водителям (Advanced Driver Assistance Systems - ADAS). Исследования в области UGV в настоящее время незначительно замедлились, так как во всем мире министерства транспорта озабочены социальными, экономическими задачами, проблемами защиты окружающей среды, стремясь к повышению качества автомобильного топлива, эффективности дорожной сети, качества жизни.

Литература:

1) Постановление Правительства № 100 от 20 февраля 2006 г. О Федеральной целевой программе «Повышение безопасности дорожного движения в 2006 – 2012 годах».

2) Федеральная целевая программа «Повышение безопасности дорожного движения в 2006-20012 годах». – М.: ООО «Фирма вариант», 2006. – 135 с.

3) Материалы Второго Российского Международного конгресса по Интеллектуальным транспортным системам, М.: Международная Академия транспорта, ИТС Россия, 2010.

4) Материалы Информационно-тематической конференции «Федеральная целевая программа «Повышение безопасности дорожного движения в 2006-2012 годах». Настоящее и будущее». 8 мая 2010 года (III Международный салон средств обеспечения безопасности «Комплексная безопасность-2010»), М.: ФГУ «Дирекция Программы ПБДД», 2010.