[Прогноз] Motornet — сеть обмена данными для роботизированного транспорта

Автор оригинала: Брэд Тэмплтон
  • Перевод
image

Хотя умные машины должны быть автономными и полагаться не более чем на внешние данные GPS (если они вообще используют GPS), все же лучшим решением будет объединить их общей сетью данных. Эта сеть появится в скором времени, и в отличие от современных облачных сервисов, не остановится на первоначальной версии, а на протяжении нескольких лет будет еще совершенствоваться.

Предположительно, это будет высокоуровневая система передачи данных. Информация будет передаваться по каналам широковещания в городе, на улицах и перекрестках. Вдобавок сигнал от машины к сетевым сервисам будет идти по двухточечной линии PPP. Также в планах IT-сообщества проложить прямую коммуникацию между транспортными единицами (V2V) и между транспортной единицей и придорожной инфраструктурой (V2I).

Поскольку умные автомобили должны учитывать всё, от дорожных знаков до пешеходов, то для безопасного функционирования одной передачи данных недостаточно. Хотя плюс от нее определенно есть.

В этой статье изложены перспективы развития Motornetа и умных автомобилей (или других современных сетевых авто).

imageОб авторе: Брэд Тэмплтон — инженер-программист, евангелист робоавтомобилей с 2007 года, работал над Гуглокаром в его ранние годы. Основатель ClariNet, почетный председатель Electronic Frontier Foundation и директор Foresight Institute, основатель факультета в Singularity University.


Обновление карт и базы данных


Хранение данных настолько дешево, что все включенные в сеть машины способны целиком запоминать карты дорожной системы. Не только положение улиц, но и полностью все, что на них находится: проезды, номера домов, линии, светофоры и т.п. Хорошая умная машина способна распознать все эти вещи с помощью своих встроенных сенсоров, но хранилище данных является страховкой. Так, если показания сенсоров и данные окажутся не согласованы, то сохраненная информация поможет дальнейшей оценке. Если база данных или сенсор автомобиля уведомляет о приближении знака «СТОП», то умная машина делает безопасную остановку. Кроме того, база данных может использоваться и для планирования будущего движения.

Если в базе данных произошла ошибка, то либо пассажиры, либо автоматические системы машины сообщат о ней. Ошибка будет быстро исправлена, а база данных восстановлена в короткие сроки. Конечно, автомобиль не поедет только потому, что база данных сообщает о наличие дороги. Умная машина будет постоянно подтверждать информацию сенсорами. Но возможно, нужно будет переключаться на ручное управление там, где база данных ошибочно сообщает, что впереди не дорога, а здание.

Дорожное движение в реальном времени и трансляция данных о трафике


«Трансляция» будет передавать расписание каждого светофора, показывать плотность автомобилей и скорость передвижения транспорта. Так что умные машины смогут планировать свои поездки и выбирать оптимальный маршрут. Также широковещание будет не только передавать актуальные сведения, но и прогнозировать дорожную ситуацию будущего. Прогноз будет рассчитан с помощью алгоритмов и информации полученной от автомобилей, находящихся на нужном отрезке расстояния.

Информационно-технологическое сопровождение включает фактическое вещание со светофоров, использующих протокол I2V. Но так как без дорогостоящих апгрейдов перекрестков не обойтись, реализация будет идти медленно. Но порой светофоры уже управляются центральными серверами. В таком случае, используя мобильные сети, станет возможно спрогнозировать на 1-2 секунды вперед переключение светофора. (Кнопочные светофоры необходимо переводить на протокол I2V.)

Бронирование времени поездки


Умная машина может взаимодействовать с центральным компьютером, чтобы бронировать различные услуги, в том числе поиск парковочного места или вызов подъемника. Со временем работа светофора будет регулироваться в зависимости от движения умных машин. Четырехсторонний знак «стоп» может превратиться в виртуальный светофор для умных машин. Автомобиль сможет спокойно пересекать такой светофор, если в этот момент на перекрестке нет грузового транспорта или пешехода.

Некоторые программисты даже прописали алгоритмы, которые включают в себя управление движением на перекрестке. Каждая умная машина может забронировать себе временное окно, в течение которого собирается передвигаться. Соответственно остальные машины в это время будут ее пропускать.

Ранее я уже говорил о симуляции такой системы в Техасском университете в Остине. Посмотрите 6-ти полосную версию. Я думаю, люди будут опасаться этой системы, пока не убедятся в ее полной надежности.

Бронировать время для поездки можно и на участках с затрудненным движением. Потому что, какой смысл вставать в пробку. И на самом-то деле, при должном регулировании ни один участок движения не будет перегружен. Лучший вариант, это для каждой зоны определить норму количества автомобилей, чтобы передвигаться можно было беспрепятственно. Потому как нет ничего хорошего ни в том чтобы, проноситься на красный свет, ни в том, чтобы образовывать на дороге пробку. А элементарно отвечать за это должны датчики расстояния. И если слишком много автомобилей приближается к одному участку, то часть из них будет перенаправлена на другую дорогу.

Если запрашиваемое для проезда время будет недоступно, умная машина просто замедлит свое движение и тогда прибудет к сроку. Если нужный временной интервал уже занят, то начало поездки откладывается. Более продвинутые измерения позволят пассажирам не терять время и не стоять на обочине, а дожидаться машину дома.

Сигнал освободить дорогу


Умные машины смогут парковаться в любом месте, и даже там, где запрещено перекрывать проезд, например, на подъездной дороге. Передатчик с проезжей части пошлет необходимый сигнал о том, что на время требуется освободить путь. Когда вы возвращаетесь домой на умной машине и вам нужно припарковать ее на подъездной дорожке или поставить в гараж, то за минуту до вашего прибытия машина подаст сигнал дому, а он – всем другим машинам на вашем пути, что нужно отъехать. Умный транспорт моментально реагирует, и вы заезжаете на свою парковку безо всяких хлопот.

Когда вам потребуется выехать, то сигнал снова поступит. Правда, любая продвинутая умная машина итак съедет с проезжей части как только заметит, что вам необходимо проехать.
Данный протокол позволит в разы увеличить количество парковочных мест в современных городах. При отсутствии оживленного потока транспорта умные машины смогут парковаться на многополосной дороге и два, и в три ряда, оставляя для движения лишь одну полосу. Так, и в Нью-Йорке, и других крупных городах появится достаточное количество парковочных мест.

Доверительные отношения


Умные машины будут распознавать мимо проезжающие транспортные средства и взаимодействовать с ними. Они смогут определить не только какой автомобиль на пути, умный или грузовой, и но и какой он модели. Такое распознавание позволит получить информацию о характеристиках транспортного средства, например, его тормозной путь, скорость реакции, максимальную скорость, маневренность и т.д.

Кроме того, они получат цифровой сертификат безопасности о надежности транспортного средства. Помимо достоверности характеристик, сертификат подтвердит, что при необходимости автомобиль сможет подстроиться под действия другой умной машины.

Например, основываясь на поведенческой модели косяка рыб, при виде препятствия, вам необходимо свернуть. Но при плотном дорожном движении, когда по обе стороны от вас находятся другие автомобили, повернуть вам не удастся. Только если соседний автомобиль не передаст вам сигнал о том, что рядом с ним есть свободное пространство, он туда свернет и уступит вам место, если вы об этом попросите.

Но, разумеется, любой умный автомобиль в подобной ситуации итак уступит место. Если умная машина видит движущийся на нее транспорт, она, подобно человеку, должна быстро сориентироваться и отъехать в безопасное место. Если получен сертификат надежности, то умная машина решит, что данная ситуация вызвана чьей-то необходимостью повернуть. В обычных обстоятельствах умная машина уверена, что у нее есть «выход» из любой ситуации, например, в случае если пешеход выбежал на проезжую часть или впереди вдруг произошла авария. Когда движение не сильно оживленное, выход, в виде места для маневра, действительно есть. Да и при обычном потоке умелый водитель всегда найдет место, чтобы вырулить.

Тем не менее, если вы решите, что можно положиться на другие транспортные средства, и они смогут быстро сманеврировать, то можно подходить к ним вплотную, не опасаясь столкновения и других препятствий. Конечно, если вы не уверены в другом автомобиле, может произойти несчастный случай – но виновный будет зафиксирован.

Как правило, умные машины проходят сертификацию. Базовый сертификат гарантирует, что они безопасны для эксплуатации на дороге. О чем, кстати, наличие водительских прав заверить не может. Частные компании могут провести сертификацию на более высоком уровне, так что вы будете знать, на какие автомобили можно положиться в чрезвычайной ситуации.

Грузовой транспорт не будет так же надежен, как автомобиль – ему понадобится больше пространства для маневра. Вот как это выглядит сегодня. Экспериментальные умные машины и умные машины модифицированные владельцем не получат сертификат надежности и, следовательно, от них нужно будет держаться на более длинной дистанции.

Конечно, все автомобили, надежные или не очень, грузовые или умные, должны передавать сигналы данных о том, что им неожиданно приходится тормозить или поворачивать. Это просто более надежная версия стоп-сигналов и сигнала поворотников, которыми умные машины также будут оборудованы и будут уметь их расшифровывать.

Mesh-сети и коммуникации между транспортными единицами (V2V)


Хотя в целом объем информации в Motornetе для всей сети не будет достигать больших размеров, если все же так случится, то машины смогут соединяться в сеть ячеек, в которой большие объемы информации будут переданы посредством коротких высокоскоростных цепей.

Так на данный вид связи все же рассчитывать нельзя, важные данные будут передаваться на фиксированные ячейки. Если плотность автомобилей соединенных в сеть ячеек возрастет, то ячеистая сеть сможет обеспечить надежную связь и передавать актуальную ситуацию. Но до этого еще далеко.

Дорожные условия


Актуальная информация о ситуации на дороге весьма полезна. Каждый автомобиль, проезжая по своему маршруту, фиксирует неровности, выбоины, лужи и наледь. Информация о том, что колеса теряют сцепление, может быть зафиксирована и передана другим автомобилям, которые едут следом.

Так как GPS не всегда обнаруживает подобные объекты, оптические датчики на дороге и по обочинам позволят автомобилям получать более точные сведения. Машина будет заранее знать, когда она столкнется с оледенением дороги и подготовится к нему.

Перекрывающий сигнал транспорт


Если транспортные средства сообщают свое местоположение, используя подключенный транспорт/ ITS (радиосистема, известная как DSRC, 802.11p, WAVE и др.), это может быть использовано для обнаружения транспортных средств, которые не видны датчикам или даже не видны человеку. При массовом внедрении таких радиостанций получится предотвратить небольшое количество аварий. Предпринимаются попытки обязать все автомобили установить такие радиоприемники. Решение ожидается в 2013 году и, если будет одобрено, в 2019 году радиостанции появятся в новых автомобилях.

Вызов


Конечно, у умных машин будет система, через которую их можно будет вызвать или нанять, а также послать сообщения их владельцам.

Передача контроля


Обычно умная машина работает автономно, следуя указаниям своих пассажиров или владельца. В некоторых случаях пассажиры или владелец могут переключить управление на автопилот. Например, при въезде на большую парковку, умная машина позволит серверу на этом участке решить, где она будет парковаться и как туда добраться. Пассажиры вышли из машины и дали ей установку слушать сигнал сервера парковки, пока они не вернутся.

Конвои также будут требовать передать управление.

Сведения о парковочных местах


Многие виды связи пригодятся для поиска парковочного места. Умные машины способны сделать запрос на «рынок парковочных мест» и с помощью расчетного алгоритма найти ближайшее, самое выгодное условие для паркинга. (Разумеется, алгоритм будет учитывать места на ближайшей бесплатной парковке и отправлять туда умную машину).

Стоимость парковки для умной машины может быть ниже, чем для грузового транспорта. В частности, можно включить следующие пункты в правила парковки и тогда делать скидку:

  • Умная машина направляется к отдаленным парковочным местам, не популярным среди пилотируемого людьми транспорта. Например, места в угловой зоне, по периметру или на верхних этажах стоянки.
  • Добравшись до места и убедившись, что вокруг припаркованы лишь другие умные машины, автомобиль встает к ним вплотную.
  • Когда заблокированной умной машине понадобится выехать, она подаст сигнал (связавшись с базой данных или через прямую передачу WAN, помигав фарами или просто обозначив движение вперед). Другие автомобили последовательно сдадут назад и, выпустив машину, встанут обратно. Чем длительнее время пребывания автомобиля на стоянке, тем более отдаленное машиноместо он должен занять.
  • По сигналу сервера умная машина должна покинуть свое место, даже если ее время парковки еще не истекло. Иначе плата за парковку будет повышена.


Последний пункт позволяет серверу продавать умным машинам более дешевые места. К примеру, статус стоянки может показывать что «мест нет», но когда появится новый полноценный клиент, компьютер просто попросит умных машин освободить место. Машины отъедут подальше, а клиент беспрепятственно займет освободившееся место. Таким образом, для полноценных клиентов всегда найдутся места, и умные машины не помешают парковке на них зарабатывать.

Спасение транспортного средства


Может возникнуть ситуация, что во время движения умной машине потребуется компетентное вмешательство человека. Может случиться так, что пассажир теряет сознание или попадает в ДТП и ему требуется медицинская помощь (авария вполне может произойти по вине другого водителя).

Осложнения могут быть связаны с закрытием дороги по причине аварии или ремонтных работ (о которых не было информации в базе), с непредвиденными событиями по пути или природными катастрофами, например, случится наводнение или землетрясение.

В таких случаях транспортное средство должно действовать в соответствии со своими инструкциями безопасности. Далее управление на себя берет удаленный оператор и находит выход из сложившейся ситуации. Для этого оператору понадобятся данные с сенсоров, фото, аудио и видео файлы. В связи с задержкой передачи данных, он не сможет полноценно управлять машиной, но сможет проложить маршрут, по которому проследует умный транспорт при помощи своих автоматических систем. В экстренной ситуации оператор может медленно управлять машиной, полагаясь на встроенную систему распознавания препятствий. При острой необходимости, оператор может задавать автомобилю не прописанные действия, переступая алгоритм. Например, переехать коробку, предварительно задев ее бампером и убедившись, что та пуста.

Вышесказанное требует хорошей коммуникации сети, которая есть не на каждом участке маршрута. Поэтому, пока автономные средства должны избегать местности, непокрытой такой сетью.



image

О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Читать еще полезные статьи:

НПП ИТЭЛМА
Компоненты для роботизированного транспорта

Комментарии 5

    0
    А ведь технологии уже доросли до уровня, когда весь (именно весь) транспорт мог бы быть некой самостоятельной системой, не требующей наличия водителей. Ведь обычно к авариям приводит чел фактор. Автопилотам куда проще договориться между собой, когда «за рулем» только они. Никаких водителей, только пассажиры. Собственно и руля не нужно, конструкцию электромобиля можно упростить. Транспорт мог бы быть общественным, как следствие сокращается кол-во машин. Машина приехала, отвезла пассажира и поехала дальше. Когда требуется — сама едет на подзарядку или мойку. Велосипедистам или любителям «покрутить баранку» по старинке — радиомаячок для надежности.

    А какое поле для творчества писателям-фантастам…
      0
      Выглядит подозрительно и небесопасно:
      — Продам прошивку на сигнал освобождение дороги, пускай паркуются у соседей под окнами!
      И что с зарядкой? Ну, допустим, пришёл сигнал «освободите дорогу» — а у меня зарядка умной машины идёт, нужно прерывать зарядку и колбаситься всю ночь, пропуская других или игнорировать сигнал и заряжаться?
        0
        Ну распространенная утопия. Невозможно по следующим причинам.
        1) Без права блокировки движения любого количества автомобилей эта система не сможет работать.
        Потому что, если произошла аварийная ситуация, в том понимании, что транспортная система не может выполнять свои функции, то для решения этой задачи системе управления потребуются свободные ресурсы. В данном случае — это пропускная способность дорожной системы. Отсюда получаем, что система может работать только при загрузке транспортных артерий до 70%. Тогда вопрос кому она нужна когда 30% есть свободного ресурса, и с другой стороны кому она нужна если она съезд с мкада на радиус, в час пик, когда загрузка 95%, ускорить не может?
        2) Как все понимают, всегда найдется «пятый элемент» или джигит, который с радостью обойдет систему блокировки его движения. Смотрим что будет, при тех же изначальных условиях, что загрузка магистрали 70%. «Пятый элемент» решит что ему надо-надо и тапку в пол, 150 по мкаду. Система его остановить не может, значит будет резервировать мощности транспортной системы под него и для остальных загрузка уже будет равна 78%. То есть снижение их скорости. А если другой джигит видя свободную полосу слева решит, что он не «лох» и ему надо-надо-надо, то системе уже нужно будет резервировать не 20%, а 40% и для остальных это 117% загрузки.
        Как бы все решаемо, но из вашей утопии следует, что гибдд, то уже нет, так как она не нужна. Кто этих джигитов ловить будет? Не кому их останавливать. А значит в итоге система будет ущемлять добросовестных, а для джигитов будет свобода.
        3) Это «задача нескольких тел». Если даже ПДД не гарантирует, участникам дорожного движения, что они безопасно смогут воспользоваться возможностями автодорожной инфраструктуры, то гарантии такой информационной системы стремятся к нулю. Тут очень простая логика на 15 ваших эффективных, возможных решений, допустим на перекрестке за рулем, существует 1500 неэффективных, то есть приводящих к ДТП вариантов действий этого же водителя (чтобы понимали по судебной специальности 13.1 «Исследование обстоятельств дорожно-транспортного происшествия» у меня стаж больше 10 лет). И самые продвинутые системы моделирования ДТП, на сегодня, с фиксацией 2000 параметров, как у лексуса и с десятком точек видеофиксации происшествия дадут очень приблизительную «точку невозврата». То есть когда никакие дальнейшие действия участников ДТП не могли позволить избежать ДТП. На мой взгляд, надежность этой оценки такая, что резервирование запасов транспортной мощности под эти варианты развития событий потребует уже 50% запаса, в нормах принятых для пункта 1. И вывод еще безнадежней для возможной ситуации с двумя телами. А три и более тел, вообще потребуют еще больше ресурсов.
          0
          (Кнопочные светофоры необходимо переводить на протокол I2V.)

          Кнопочный светофор — это такая метафора?
          В исходнике такого нет:

          (Lights which want to change on an instant's notice might still need I2V.)
            0
            Смертность в ДТП станет равна нулю ) Детей можно будет спокойно на улицы пускать без присмотра — транспорт станет безопаснее лошадиных повозок. В статье ещё не раскрыта тема видеорегистраторов транспорта — ведь это мобильная шпионская сеть в хорошем смысле, фиксирующая любые ЧП, несчастные случаи и правонарушения. Автомобили смогут не только передать данные в 911 в режиме онлайн, но и подъехать ближе к месту ЧП, организованно преследовать правонарушителя и не дать скрыться, даже организованно спасать и вывозить людей с места ЧП. Может быть, в авто в дополнение к аптечке будет бортовой миниробот, который сможет выполнять какие-либо сервисные и спасательные действия.

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое