Совсем без рук

Автопилоты вчетверо увеличат пропускную способность дорог

Ученые из Колумбийского университета установили, что использование автопилотов на автомобилях поможет увеличить эффективность транспортных и пассажирских перевозок как минимум на 273 процента. Исследования такого рода - не новость, но примечательной работу американцев делает то, что при расчетах они исходили исключительно из существующих технологий.

Несовершенные водители

Первое, что необходимо понять и принять - человек, любой человек, очень плохой водитель. Главный его недостаток - очень большая задержка в реакции на изменение ситуации на дороге. Связано это, конечно, во многом с физиологическими ограничениями. Так, например, человеку нужно время, чтобы проанализировать ситуацию и среагировать на нее.

В общей сложности, в зависимости от физического состояния водителя, условий видимости, его концентрации и прочих факторов время реакции может варьироваться в пределах от 0,15 секунды до десятков секунд. При среднем условном значении в 1,5 секунды и скорости автомобиля в 90 километров в час такое время реакции обеспечивает тормозной путь более чем в сорок метров. А ведь к этому необходимо добавить еще и время, которое уходит непосредственно на выполнение транспортным средством команды - например, полной остановки после нажатия тормозов (это добавляет к тормозному пути еще 40 метров).

Вследствие этого человек крайне неэффективно использует дорожное полотно. Как показал анализ ученых из Колумбийского университета, на прямолинейном шоссе автотранспорт покрывает в среднем около 5 процентов дорожного полотна. Все остальные 95 процентов, которых, впрочем, бывает недостаточно, оставлены под несовершенные человеческие рефлексы.

Кроме этого, по словам ученых, необходимо учитывать психологические особенности водителей, которые тоже играют не в пользу качества вождения. Например, один автомобилист вполне способен заблокировать в результате сгоряча принятого решения одну-две полосы, что в некоторых случаях может привести к полной остановке автотранспорта на трассе.

Совершенное движение

В настоящее время работы по усовершенствованию дорожного движения ведутся, условно говоря, в двух направлениях. Первое (которое мы назовем глобальным) пытается наладить движение транспорта извне, без учета особенностей людей-водителей. В таких моделях автомобиль пассивен, по сути он играет ту же роль, что и жидкость при моделировании тока в водопроводе. Это направление смело можно называть классическим и довольно неплохо развитым - ученые используют компьютерное моделирование, например, токов с разными свойствами на графах (задающих схему дорог).

Возникающие в таких задачах динамические системы очень сложны, в частности, они скачкообразно могут переходить от одного устойчивого режима (свободного движения автомобилей) к другому (пробке, когда скорость отдельных автомобилей почти нулевая). При этом, как показывают исследования, условия такого перехода зависят от множества факторов, в частности, например, от строения самой сети дорог.

Вместе с тем, в этом направлении есть некоторые успехи - так, в Европе активно используются (pdf) разные режимы работы светофоров, что, как показывает практика, позволяет либо заметно разгрузить дорогу, либо остановить рост нагрузки. При этом в основе подобных методов лежит тезис о том, что от пробок на дороге избавиться полностью не получится никогда.

Неявно большинство моделей такого рода подразумевают, что водители во время движения подчиняются правилам дорожного движения, то есть реагируют на подаваемые извне сигналы, а это, как говорилось выше, из-за психологических особенностей не всегда правда. Таким образом, мы переходим ко второму классу моделей, в которых водитель отсутствует в принципе - вместо этого задается принципиально иная задача организации движения, в которой автомобили рассматриваются как активная часть модели.

С одной стороны, это упрощает задачу в теории, но с другой - осложняет ее практическую реализацию, ведь взаимодействие автомобилей между собой либо с некоей управляющей системой еще необходимо организовать.

Взаимодействие как путь к успеху

В 2011 году корейские математики получили интересный результат. Оказалось, что если автомобили будут просто сообщать друг другу направление движения и скорость (это, конечно, подразумевает наличие между транспортными средствами какой-то связи - сигнальных огней здесь будет недостаточно), то можно избежать многих пробок. Локального взаимодействия часто оказывается достаточно для того, чтобы облегчить транспортную ситуацию.

В рамках новой работы, которая появилась в журнале IEEE Spectrum, ученые рассматривали более радикальный сценарий. Они предполагали, что автомобили управляются автопилотами. При этом рассматривался простейший случай - прямолинейное шоссе без развязок и перекрестков. Оказалось, что в этом случае одна полоса дороги может пропустить до 12 тысяч автомобилей в час при скорости в 120 километров в час.

Для сравнения, если бы автомобилем управлял человек, то пропускная способность при прочих равных условиях составляла бы 2-3 тысячи автомобилей.Все дело, по словам исследователей, в том, что при такой скорости водители обычно держат дистанцию в 40-50 метров (это считается безопасным). Кроме этого исследователи установили, что, если на машинах установлены не полноценные автопилоты, а системы наподобие адаптивного круиз-контроля, безопасную дистанцию на скорости 120 километров в час можно сократить до 25-30 метров. При этом пропускная способность вырастает "всего" в 1,5-2 раза до 4 тысяч автомобилей в час.

Впрочем, главное достоинство новой работы заключается в том, что при анализе ученые использовали уже существующие технологии. Подробно о развитии этих технологий "Лента.Ру" уже писала.

Что уже есть

В июне 2011 года концерн Volkswagen показал разработку "Временный автопилот" (Temporary Auto Pilot, TAP). По сути это тот самый аналог круиз-контроля, способный обеспечить пропускную способность в 4 тысячи машин, о котором шла речь выше. Система состоит из бортового компьютера и большого количества датчиков: радаров, камер, лазерных сканеров и прочих устройств. Такой временный автопилот способен удерживать машину на дороге в потоке машин на скоростях до 130 километров в час. При этом он сам следит за разметкой, понимает некоторые знаки ограничения скорости (в соответствии с ними он выбирает скоростной режим).

В августе того же года свой автопилот представила компания BMW. По функционалу ее система превосходит разработку Volkswagen (при фактически той же технической составляющей), поскольку позволяет машинам самостоятельно разгоняться, тормозить, обгонять, выезжать с прилегающих дорог и вклиниваться в идущий поток, а также подстраиваться под дорожные условия. На момент официального объявления тестовый автомобиль с таким автопилотом прошел 4800 километров.

В январе 2012 года Volvo продемонстрировала публике систему, которая позволяет машинам самостоятельно объединяться в колонны. С точки зрения моделирования, в отличие от предыдущих систем, разработка Volvo подразумевает взаимодействие машин между собой в том смысле, что одному транспортному средству понятно поведение другого.

В апреле 2012 года свою разработку показала компания Cadillac. Ее система по функционалу и по технической составляющей похожа на разработку BMW. Машина с такой системой также может разгоняться и тормозить. В отличие, впрочем, от предыдущих разработок Cadillac называет дату, с которой планирует устанавливать такие системы на свои автомобили - 2015 год.

Наконец в мае 2012 года состоялось поистине революционное событие - управление транспортных средств американского штата Невада разрешило компании Google испытывать управляемые автопилотом автомобили на дорогах общего пользования. Помимо Невады подобные нормативные акты готовятся к рассмотрению в Калифорнии, Флориде, Оклахоме и на Гавайях.

В заключение

Не надо объяснять, что у автопилотов огромные перспективы. Использование таких систем в теории должно снизить количество ДТП, увеличить пропускную способность дорог, а также освободить водителей от довольно утомительного процесса вождения. Есть, впрочем, одна загвоздка - это сам человек. Как показывает практика, люди, при всех их несовершенных рефлексах, боятся доверять машине. Но, учитывая, что автомобили Google накатали свыше полумиллиона километров без единой аварии (единственный инцидент произошел во время управления гугломобилем в ручном режиме), это они зря.

Наука и техника00:01 6 ноября
Солдаты 339-го пехотного полка армии США в Великобритании перед отправкой в Архангельск. 1918 г.

«На этом настоял лично президент»

Зачем американская армия высадилась в раздираемой Гражданской войной России