Система безопасности для пешеходов распознаёт находящиеся неподалёку автомобили на основе производимых ими звуков
Как пешеходу в наушниках отключиться от окружающего его хаотичного мира, не поступаясь собственной безопасностью? Одно из решений может дать эквивалент системы предупреждения столкновений для пешеходов, направленный на обнаружение находящихся неподалёку автомобилей исключительно на основе звуков.
Умная система работы с наушниками использует алгоритмы машинного обучения для интерпретации звуков и предупреждения пешеходов о расположении автомобилей, находящихся на расстоянии до 60 м от них. Прототип Pedestrian Audio Wearable System (PAWS) [носимой звуковой системы для пешеходов] может определять местоположение, но не траекторию находящегося поблизости автомобиля — не говоря уже о траектории нескольких машин. И всё-таки это первый шаг к созданию вероятной системы безопасности, направленной в первую очередь на пешеходов, учитывая, что количество пешеходов, погибших на дорогах США в 2018 году достигло максимума за три последних десятилетия [в России число погибших в ДТП падает уже несколько лет подряд на фоне роста автопарка / прим. перев.].
Иногда у новых машин есть датчики, определяющие наличие пешеходов на дороге, но у пешеходов обычно нет способа узнать, не приближаются ли к ним машины, с которыми есть вероятность столкнуться", — говорит Сяофань Цзян, адъюнкт-профессор по электротехнике и член Института наук о данных при Колумбийском университете.
Впервые Цзян подумал об этом, заметив, что новая пара наушников с активным шумоподавлением сильнее других отвлекает его от окружающей действительности в то время, когда он идёт на работу. Это побудило Цзяна и его коллег в Колумбийском университете, Университете Северной Каролины в Чапел-хил и Колледже Барнарда на разработку PAWS и публикацию совместной работы в октябрьском номере журнала IEEE Internet of Things Journal за 2019-й год.
Многие автомобили, оснащённые системой предупреждения столкновений, полагаются на камеры, радары или лидары для распознавания близлежащих объектов. Однако Цзян с коллегами поняли, что системе, предназначенной для пешеходов, потребуется датчик с низким энергопотреблением, способный работать более шести часов подряд на стандартных аккумуляторах. «Поэтому мы решили использовать набор микрофонов – они очень дешёвые и потребляют мало энергии», — говорит Цзян.
Набор состоит из четырёх микрофонов, расположенных на различных участках наушников. Аппаратная часть носимой системы предупреждения спроектирована так, чтобы умещаться в левом ухе коммерческих наушников, и питается от перезаряжаемой литий-ионной батареи. Специально разработанная схема экономит энергию, извлекая из аудиопотока только самые важные особенности, и передавая эту информацию в работающее в паре с ней приложение для смартфона.
Алгоритмы машинного обучения, обученные на аудиозаписях 60 различных типов машин в различном окружении – улица рядом с университетским кампусом и жилыми домами, обочина шоссе во время сезона ураганов, загруженная улица Манхэттена — работают в смартфоне.
Однако оказалось, что очень сложно полагаться исключительно на звук для обнаружения машин. Во-первых, система концентрируется на определении самого громкого автомобиля, который не обязательно находится ближе всего к пешеходу. Также у системы есть проблемы с обнаружением нескольких машин, или даже с оценкой количества присутствующих на дороге автомобилей.
Пока что способность PAWS определить местоположение машины, расположенной на расстоянии до 60 м, может предупредить вас, по меньшей мере, за несколько секунд, в зависимости от скорости приближающегося автомобиля. Однако реально полезная система предупреждения должна уметь отслеживать траекторию приближающегося авто и выдавать предупреждение только если оно в принципе может столкнуться с пешеходом. Для этого от исследователей может потребоваться разработать более подходящие способы отслеживания местоположения пешехода и траекторий движения машин.
«Когда человек идёт вдоль дороги, мимо него может проехать много машин, но ни одна из них может с ним и не столкнуться, — говорит Цзян. – Мы должны учесть дополнительную информацию для того, чтобы эта система была более полезной».
Ведутся и другие работы в области использования шума или других сигналов для предупреждения людей в наушниках. Джошуа Нью, бихевиорист из Колледжа Барнарда, планирует проводить эксперименты, чтобы понять, какие предупреждения лучше всего воздействуют на людей. Пока что его команда склоняется к тому, чтобы выдавать гудок в одном ухе наушников, или, возможно, симулировать трёхмерный звук, обеспечивающий более понятную с точки зрения ориентирования информацию.
Цзян говорит, что такой технологией могли бы воспользоваться не только обычные пешеходы, но и сотрудники полиции, останавливающие машину на загруженной дороге, или строители, с защитой для ушей. Проект PAWS уже получил финансирование в размере $1,3 млн от Национального научного фонда, и команда намеревается в дальнейшем передать усовершенствованную версию технологии для коммерциализации.
Конечно, единственная технология не решит всех проблем безопасности пешеходов. В отчёте от 2019 года Ассоциация безопасности шоссе назвала причинами смерти пешеходов множество факторов, например, отсутствие безопасных пешеходных переходов, небезопасное вождение, превышение скорости, отвлечение от дороги, пьянство за рулём. Маловероятно, чтобы наушники с системой PAWS смогли предотвратить хотя бы больше половины таких смертей – но предупреждение за несколько секунд до возможного столкновения может всё-таки сохранить несколько жизней.
