Кибернетическая картина мира. Есть многое на свете, друг Горацио, что недоступно нашим
 Скачать 14.04 Mb.
|
|
3.10. роботы для игры в футбол Еще в 1949 г. К. Шеннон впервые создал программу для игры в шахматы. С тех пор компьютерные шахматные программы много- кратно усовершенствовались. в 1974 г. советская шахматная про- грамма «Каисса» завоевала мировое первенство. в 1999 г. шахмат- ная программа выиграла матч с мировым чемпионом Каспаровым. Людям понадобилось 50 лет для создания таких совершенных про- грамм, и теперь уже люди учатся у компьютера играть в шахматы. Помимо шахмат появилась другая амбициозная задача – создать для игры в футбол команду роботов и провести матч с командой людей-чемпионов. Теперь каждый год проходят мировые чемпио- наты в двух лигах – в лиге моделирования игры в футбол и в лиге создания реальных роботов для игры в футбол. в ходе достиже- ния этой очень сложной цели будет решено много важных научно- технических задач, и в этом большая польза от участия в таких со- ревнованиях. в 2007 г. питерская команда заняла первое место на международных соревнованиях в лиге моделирования. При моделировании таких игр, как шахматы и футбол, можно использовать лингво-комбинаторный подход. Рассмотрим простую футбольную ситуацию – два игрока и мяч, что можно описать как Игрок 1 + игрок 2 + мяч. 184 Моделью этого выражения будет уравнение (2.3), где А1 – харак- теристика игрока 1; А2 – характеристика игрока 2; А3 – характери- стика мяча; Е1–Е3– изменения этих характеристик соответственно. эквивалентная система этих уравнений будет иметь вид (2.4), где, манипулируя произвольными коэффициентами, можно управлять поведением игроков и мяча. Если ввести новые переменные: А4 – ха- рактеристику расстояния между игроком 1 и мячом; А5 – характе- ристику расстояния между игроком 2 и мячом и их изменения соот- ветственно, то тогда вместо уравнения (2.4) получим уравнение А1*Е1 + А2*Е2 + А3*Е3 + А4*Е4 + А5*Е5 = 0, разрешив которое относительно изменений Е получим систему уравнений E1 = U1*A2 + U2*A3 + U3*A4 + U4*A5; E2 = – U1*A1 + U5*A3 + U6*A4 + U7*A5; E3 = – U2*A1 – U5*A2 + U8*A4 + U9*A5; E4 = – U3*A1 – U6*A2 – U8*A3 + U10*A5; E5 = – U4*A1 – U7*A2 – U9*A3 – U10*A4, где U1, …, U10 – произвольные коэффициенты, манипулируя ко- торыми можно обеспечить сближение игроков с мячом. Аналогич- ным образом моделируется поведение двух команд по 11 игроков в каждой. 3.11. Проблемы создания роботизированного автомобиля для повышения безопасности движения 5 в настоящее время в Санкт-Петербурге располагаются филиа- лы 7 крупнейших автомобильных компаний, которые занимаются проблемой создания роботизированных автомобилей совместно с вузами города. Тема обеспечения безопасности автомобиля, участ- ников движения и окружающих актуальна с момента создания первого автомобиля и будет оставаться актуальной до тех пор, пока существуют автомобили. Жизнь и трудовая деятельность людей неразрывно связаны с транспортом, без которого был бы невозможен технический и соци- 5 в написании этого раздела принимал участие аспирант в. Кушнер. 185 альный прогресс. Автомобиль – одна из самых распространенных машин в мире, число автомобилей растет, и автомобили непрерыв- но совершенствуются, постепенно превращаясь в роботы. эта тен- денция обусловлена, с одной стороны, усложнением обстановки на дорогах и требованием повысить безопасность, комфортность и эко- логичность, с другой, – новыми возможностями информационно- вычислительной техники. Первые вычислительные управляющие комплексы сначала по- явились в авиации, потом они появились на морских кораблях, а теперь они внедряются в автомобили. вначале это были микропро- цессорные системы для управления двигателем, что позволило сни- зить расход горючего и уменьшить загрязнение окружающей сре- ды. Потом появились подвески с компьютерным управлением, что позволило повысить безопасность. Появились электронные карты для облегчения ориентации водителя с использованием спутнико- вых систем типа ГЛоНАСС. Разработка робота-автомобиля с возможностью ориента- ции в сложной городской среде без помощи человека – это но- вый шаг в совершенствовании и автомобиля, и информационно- вычислительных систем для восприятия и обработки зрительной информации о ситуации впереди, позади, справа и слева от автомо- биля, для распознавания образов объектов, которые могут появить- ся с разных сторон, для оценки состояния дороги, для восприятия информации о дорожных знаках и т. д. Накоплен большой научно- технический задел по этим направлениям кибернетики, который может быть с успехом реализован в проекте экспериментального робота-автомобиля. Реализация этого проекта позволяет дополни- тельно развить эти важные научно-технические направления, к чему проявляют интерес иностранные автомобильной фирмы, раз- мещенные в Санкт-Петербурге. Цель проекта – разработка экспериментального питерского робота-автомобиля для участия в международных соревнованиях в США и других странах. Проект состоит из следующих частей. 1. Выбор базовой модели автомобиля. 2. Разработка автоматизированных приводов на руль, тормо- за и другие устройства автомобиля. 3. Разработка сенсорной системы автомобиля. оснащение ав- томобиля лазерными системами, видеокамерами, тактильными и ультразвуковыми устройствами для получения информации об 186 окружающей обстановке и о состоянии дороги. оснащение автомо- биля сенсорами для получения информации о двигателе и других устройствах автомобиля. 4. Разработка системы ориентации автомобиля. эта система должна работать на основе комплексирования информации с гиро- скопов, системы ГЛоНАСС, электронной карты, систем распозна- вания наиболее заметных объектов по трассе движения и элемен- тов искусственного интеллекта 5. Разработка вычислительной системы автомобиля. Инфор- мация с многочисленных датчиков должна обрабатываться с помо- щью многопроцессорного вычислительного комплекса повышен- ной надежности. Может быть использована авиационная вычисли- тельная система последнего поколения. 6. Моделирование робота-автомобиля при перемещении в город- ской среде методами технологии виртуальных миров. 7. Создание полигона для испытания робота-автомобиля. эта разработка вдохновляется впечатляющими результатами испытания роботов-автомобилей в калифорнийском городе вик- торвиль в 2007 г. в России, где, как ни в одной другой стране мира, за последнее время резко увеличился поток автомобилей, ежегодный рост автомо- бильного парка составляет около 10%. Быстрое увеличение числен- ности автомобильного парка сопровождается ростом числа постра- давших от дТП. Если к началу XX в. во всем мире было около 6 тыс. автомобилей, то в настоящее время мировой автомобильный парк на- считывает свыше 520 млн единиц (из них примерно 75% – легковые автомобили). По данным статистики ооН, ежегодно от автомобиль- ных аварий во всех странах погибает около 300 тыс. человек и около 10 млн получают телесные повреждения. относительная опасность автомобиля превышает относительную опасность воздушного транс- порта более чем в 3 раза, а железнодорожного – в 10 раз. На 1 млрд пассажиро-километров на автомобильном транспорте приходится 20 погибших, на воздушном – шесть, на железнодорожном – два. По сравнению со странами с развитой рыночной экономикой в России количество дТП на 1000 ТС в 7–10 раз выше, чем в США, Японии, Германии, Франции, Финляндии и других странах. Реализация в США с 1968 г. и Японии с 1970 г. законов «о безопасности дорож- ного движения» и принятых на их основе национальных программ сокращения аварийности позволила значительно сократить число раненых и погибших при продолжающемся увеличении автопарка. 187 Проблема обеспечения безопасности движения на улицах и до- рогах должна рассматриваться в рамках сложной системы дорож- ного движения. Термин «дорожное движение» охватывает всю сложную динамическую систему, которая образуется на дороге взаимодействием и совокупностью участников движения: пешехо- дами, велосипедистами, мотоциклистами, водителями автомоби- лей – профессионалами и любителями. Естественно, что безопас- ность дорожного движения зависит от обученности, дисциплини- рованности и правильности поведения всех участников движения, а не только представляющих автомобильный транспорт. в этом за- ключается одна из основных причин сложности обеспечения безо- пасности движения как на самом автомобильном транспорте, так и в дорожном движении в целом. это обстоятельство можно характе- ризовать как недостаточную изоляцию автомобильного движения от окружающей среды. Если бы движение автомобилей повсемест- но происходило по путям, где не было бы движения пешеходов, велосипедистов, тихоходных ТС, задача обеспечения безопасности намного бы упростилась. другим фактором, обуславливающим сложность решения про- блемы обеспечения безопасности движения, является все увеличи- вающийся разрыв между ростом численности парка автомобилей и протяженностью улично-дорожной сети; первая опережает вторую на целый порядок, что характерно практически для всех стран. Если парк автомобилей увеличивается примерно на 10% в год, то прирост протяженности дорог не превышает 1%. Следствием это- го является постоянное увеличение стесненности дорожного дви- жения, а следовательно, резкое учащение непосредственных кон- тактов, взаимодействия участников движения, которое во многих случаях носит характер конфликтных ситуаций, часто перераста- ющих в дТП. Если выделить из системы дорожного движения только ее транспортную часть, т. е. комплекс «водитель – автомобиль – до- рога – среда», то можно отметить, что совершенствование этого комплекса в плане повышения безопасности движения также за- висит не только от деятельности транспортных организаций. Так, совершенствование конструкций ТС осуществляется заводами- изготовителями и их смежниками, например, предприятиями шинной промышленности. Полностью самостоятельной областью является строительство и реконструкция дорог, улиц, дорожно- транспортных сооружений. однако при более глубоком рассмо- 188 трении и здесь можно проследить связь с деятельностью автомо- бильного транспорта, например, почти всякое усовершенствование конструкции ТС дает конечный эффект не только в зависимости от уровня конструкторской и технологической их разработки, но так- же и от того, насколько грамотно эти усовершенствования исполь- зованы в эксплуатации. Поскольку полностью избежать дТП пока не представляется возможным, автомобиль совершенствуется в направлении сни- жения вероятности аварии и минимизации ее последстий. этому способствуют ужесточения требований к безопасности автомобиля со стороны организаций, занимающихся анализом и практически- ми опытами. Такие мероприятия дают свои положительные «пло- ды». С каждым годом автомобиль становиться безопасней – как для тех, кто находится внутри его, так и для пешеходов. Понятие «безопасность автомобиля» делится на две части – АКТИвНУЮ и ПАССИвНУЮ безопасность. Активная безопасность автомобиля – это совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля, направленных на предотвращение дТП и исключение предпосылок их возникновения, связанных с конструктивными особенностями автомобиля. А если говорить проще, то это те систе- мы автомобиля, которые помогают в предотвращении аварии. Пас- сивная безопасность автомобиля должна обеспечивать выживание и сведение к минимуму количество травм у пассажиров автомоби- ля, попавшего в дТП. На рис. 3.28 приведен перечень параметров и систем автомобиля, влияющих на его безопасность. Рис. 3.28. Структура безопасности автомобиля 189 для обеспечения безопасности автомобиля необходимо создать такую ситуацию, когда автомобили не попадают в аварии. в насто- ящее время для достижения такой ситуации активно развивается направление – «интеллектуальный» автомобиль (Intelligent Car). К реализации этого проекта привлекаются огромные ресурсы. Интеллектуальный автомобиль. Идея «интеллектуального автомобиля» состоит в создании такой ситуации, когда автомобили не попадают в аварии, где пробки резко сокращены, автомобили энергоэффективны и меньше загрязняют окружающую среду. Сегодня информационно-коммуникационные технологии (ICT – Information and Communications Technologies) являются отправной точкой для реализации этого проекта. Авто- мобиль становиться умнее, помогая уменьшить проблемы автомо- бильного транспорта. Интеллектуальные системы могут помочь решить многие про- блемы автомобильного транспорта. они смогут помочь водителям избежать аварии и даже вызвать аварийно-спасательные службы автоматически в случае аварии. Также они могут быть использо- ваны в электронных системах управления движением и оптимиза- ции работы двигателя, тем самым повышая энергоэффективность и сокращая загрязнение окружающей среды. Примером широко и хорошо известного «интеллектуального» устройства можно привести антиблокировочную тормозную систе- му, которая предотвращает блокировку колес при торможении и, следовательно, помогает водителю в удержании машины под кон- тролем. Примером для усовершенствования системы будет элек- тронный помощник торможения. эта система будет помогать во- дителю более эффективно производить торможение и даже сможет сама остановить автомобиль, если столкновение будет неизбежным и нет реакции водителя. в данном направлении ведутся огромные работы. Европейской комиссией была создана политическая инициатива под одноимен- ным названием в рамках объединения всех мероприятий, связан- ных с «интеллектуальным автомобилем». Инициатива «Интеллек- туальный автомобиль» была основана Комиссией коммуникаций (Commission Communication) 15 февраля 2006 г. и представлена общественности в Брюсселе. Ее цель – повысить безопасность до- рожного движения в Европейском союзе и, в частности, сократить число смертных случаев на дорогах и дорожных аварий (ежегодно более 40 и 1,2 млн аварий на дорогах Союза), сократить количество 190 пробок и снизить потребление топлива и выбросов CO 2 . Из-за боль- шого количества и разнообразия возможных видов деятельности и мероприятий в области «умный» автомобиль, Комиссия сообщила в своем первом обзоре «Инициатива Интеллектуальный автомо- биль», что она будет уделять приоритетное внимание четырем осо- бенно важным задачам. К ним относятся: – введение в период с сентября 2010 г. пан-европейской автома- тической системы экстренного вызова eCall; – обязательная установка электронных систем контроля устой- чивости (ESC – Electronic stability control) на всех новых автомоби- лях, начиная с 2014 г.; – усиление акцента на уменьшение потребления топлива и со- кращения выбросов CO 2 ; – безопасные фиксация и использование в автомобиле мобиль- ных электронных потребительских продуктов, таких как мобиль- ные телефоны или системы навигации. «Интеллектуальный автомобиль» относится к широкому спек- тру основанных на информационных технологиях (ИТ) автоном- ных или кооперативных систем. Некоторые уже находятся в экс- плуатации (ABS, ESC), другие находятся в стадии разработки или внедряются на рынок. Ниже представлен список основных техно- логий: 1. Anti-lock Braking System (ABS); 2. Adaptive Cruise Control (ACC); 3. Adaptive Headlights; 4. Lane Change Assistant / Blind Spot Detection; 5. Driver Drowsiness Monitoring and Warning; 6. Dynamic Traffic Management; 7. eCall; 8. Electronic Brake Assist System; 9. Electronic Stability Control (ESC); 10. Extended Environment Information; 11. Gear Shift Indicator; 12. Intersection Assistant (not yet commercially available); 13. Lane Departure Warning; 14. Local Danger Warning; 15. Night Vision; 16. Obstacle and Collision Warning; 17. Pedestrian/ Vulnerable Road User Protection (not yet commercially available); 191 18. Speed Alert; 19. Tyre Pressure Monitoring System (TPMS); 20. Wireless Local Danger Warning (not yet commercially available). Ниже описаны некоторые системы, которые в большей степени способны уменьшить вероятность аварии и смертельные исходы. электронный контроль устойчивости (также эКУ, ESC (англ. Electronic Stability Control) или ESP (нем. Elektronisches Stabilit ätsprogramm)) – вспомогательная система автомобиля, изо- бретенная в 1995 г., позволяющая предотвратить начинающийся занос или снос посредством управляемого компьютером торможе- ния одного (или нескольких) из колес. эксперты называют эКУ самым важным изобретением в сфере автомобильной безопасности после ремней безопасности. она обеспечивает водителю лучший контроль за поведением автомобиля, следя за тем, чтобы он пере- мещался в том направлении, куда указывает поворот руля. По дан- ным американского Страхового института дорожной безопасности (IIHS), примерно одна треть смертельных аварий могла бы быть предотвращена системой эКУ, если бы ею были оснащены все ав- томобили. в США требование оснащать все новые автомобили си- стемой эКУ вводится с 2012 г., в Евросоюзе – с ноября 2011 г. для новых моделей автомобилей и с ноября 2014 г. для всех новых авто- мобилей. Аналогичные законодательные меры предпринимаются также в Канаде и Австралии. в Израиле установка эКУ на новые автомобили обязательна с 01.01.2010 г. Хотя системы эКУ в настоящее время известны под многочис- ленными торговыми наименованиями, принцип их действия и технические характеристики в целом похожи. в этих системах ис- пользуется принцип компьютерного контроля за работой тормозов отдельных колес, каждый помогает водителю сохранять управле- ние ТС во время экстремальных маневров путем поддержания дви- жения ТС в том направлении, которое задает ему водитель, даже если ТС приближается или достигает предельных показателей сце- пления с дорогой. Когда водитель пытается сделать какой-либо «экстремальный маневр» (например, во избежание столкновения или из-за непра- вильной оценки крутизны поворота), он может потерять управле- ние, если ТС по мере приближения к предельным значениям сце- пления с дорогой начинает реагировать иначе, чем в случае обыч- ного вождения. Потеря управления водителем может выражаться 192 в том, что начинает либо «заносить» заднюю часть ТС, либо «сно- сить» переднюю часть. Пока сохраняется достаточное сцепление с дорогой, водитель, имеющий высокую профессиональную квали- фикацию, может сохранять управление в процессе самых разноо- бразных экстремальных маневров, используя принцип «обратного поворота рулевого колеса» (т. е. поворот рулевого колеса на мгно- вение в направлении, обратном направлению движения, задавае- мому водителем) или с помощью других методов. однако водители средней квалификации в состоянии паники, когда ТС начинает за- носить, вряд ли смогут повернуть рулевое колесо в обратную сторо- ну, чтобы заставить ТС слушаться руля. для предотвращения таких ситуаций, в которых можно сразу же потерять управление ТС, в системах эКУ используется прин- цип автоматического торможения отдельных колес в целях кор- ректировки направления движения ТС, если оно отклоняется от того направления, которое ему задает водитель. Таким образом, эта система не дает ТС возможности изменить направление движения слишком быстро (занос) или недостаточно быстро (снос). Хотя она и не может увеличить фактическое сцепление с дорогой, эКУ обе- спечивает водителю максимальную возможность контролировать движение ТС, а на дороге, в процессе экстренного маневра, исполь- зовать лишь естественную реакцию рулевого управления для дви- жения в заданном направлении. Удержание ТС на дороге предотвращает аварии одиночных авто- мобилей, обусловливающие в большинстве случаев опрокидывание. однако способность системы эКУ эффективно воздействовать на движение транспортного средства в таких ситуациях небеспредель- на. Например, если скорость просто слишком велика, то с учетом фактического сцепления с дорогой ТС, даже оснащенное эКУ, не- избежно съедет с дороги (но без заноса). Кроме того, эКУ не может предотвратить съезд с дороги по причине ослабления внимания или из-за сонливости, а не по причине потери управления. Тем не менее проведенные в разных странах мира исследования показывают, что в силу своих высоких показателей эффективности системы эКУ мо- гут оказать существенное воздействие в плане спасения жизни лю- дей, особенно в случае их широкого применения в имеющемся парке ТС. Хотя система эКУ не в состоянии изменить условия сцепления между шиной и дорогой, когда водитель оказывается в критической ситуации, есть все же явные причины предполагать, что она позво- лит сократить число дТП, вызванных потерей управления. 193 Современная ESP взаимосвязана с ABS, антипробуксовочной системой и блоком управления двигателем, она активно использу- ет их компоненты. По сути, это единая система, работающая ком- плексно и обеспечивающая целый набор вспомогательных контра- варийных мероприятий. Структурно ESP состоит из электронного блока-контроллера, который постоянно обрабатывает сигналы, по- ступающие с многочисленных датчиков: скорости вращения колес (используются стандартные датчики АБС); датчика положения ру- левого колеса; датчика давления в тормозной системе. Но основная информация поступает с двух специальных датчи- ков: угловой скорости относительно вертикальной оси и поперечно- го ускорения (иногда это устройство называют G-сенсор). Именно они фиксируют возникновение бокового скольжения на вертикаль- ной оси, определяют его величину и дают дальнейшие распоряже- ния. в каждый момент ESP знает, с какой скоростью едет автомо- биль, на какой угол повернут руль, какие обороты у двигателя, есть ли занос и т. д. обрабатывая сигналы с датчиков, контроллер по- стоянно сравнивает фактическое поведение автомобиля с тем, что заложено в программе. в случае если поведение автомобиля отли- чается от расчетного, контроллер понимает это как возникновение опасной ситуации и стремится исправить ее. вернуть автомобиль на нужный курс система может, давая команду на выборочное под- тормаживание одного или нескольких колес. Какое из них надо замедлить (переднее колесо или заднее, внешнее по отношению к повороту или внутреннее), система определяет сама в зависимости от ситуации. Притормаживание колес система осуществляет через гидромо- дулятор АБС, создающий давление в тормозной системе. одновре- менно (или до этого) на блок управления двигателем поступает ко- манда на сокращение подачи топлива и уменьшение, соответствен- но, крутящего момента на колесах. Система работает всегда, в любых режимах движения: при раз- гоне, торможении, движении накатом. А алгоритм срабатывания системы зависит от каждой конкретной ситуации и типа приво- да автомобиля. Например, в повороте датчик углового ускорения фиксирует начало заноса задней оси. в этом случае на блок управ- ления двигателем подается команда на уменьшение подачи топли- ва. Если этого оказалось недостаточно, посредством АБС приторма- живается внешнее переднее колесо. И так далее, в соответствии с программой. 194 Кроме того, в автомобилях, оборудованных автоматической КПП с электронным управлением, ESP способна даже корректи- ровать работу трансмиссии, т. е. переключаться на более низкую передачу или на «зимний» режим, если он предусмотрен. ESP является одной из важнейших частей комплекса активной безопасности автомобиля. она исправляет ошибки в управлении и часто помогает выйти из ситуаций, в которых среднестатистиче- ский водитель на обычном автомобиле потерпел бы полное фиаско. Главное достоинство ESP – с ней автомобиль перестает требовать от вас навыков экстремального вождения. вы просто поворачиваете руль, а машина сама будет думать, как вписаться в поворот. Но нужно иметь в виду – возможности ESP по исправлению опасной ситуации не беспредельны. ведь законы физики обмануть нельзя. Поэтому надо помнить, что ESP хоть и значительно снижа- ет шансы на попадание в аварию во многих сложных ситуациях, но не избавляет водителя от необходимости иметь голову на плечах. одно из исследований, проведенных в 2004 г. в США, показа- ло, что эКУ могут оказать позитивное воздействие на способность обычных водителей справляться с управлением в критических ситуациях. в ходе этого исследования выборка из 120 водителей, включающая равное число мужчин и женщин, а также равное чис- ло представителей трех возрастных групп (18–25, 30–40 и 55–65 лет), подвергалась проверке в условиях трех нижеизложенных кри- тических дорожных сценариев. «Сценарий вторжения» заключал- ся в том, что водитель должен был попытаться произвести маневр с двойным переходом с одной полосы движения на другую на высо- кой скорости (дорожный знак ограничения скорости – 65 миль/ч) сначала в результате неожиданного появления на полосе ТС, вые- хавшего с боковой дороги, а затем другого ТС, которое находилось перед ними в левой полосе движения. «Сценарий съезда на обочи- ну» предусматривал, что водители должны были ехать по кривой на обычном повороте с постоянным радиусом со скоростью 65 миль/ч (105 км/ч), указанной на дорожном знаке, с последующим выездом на другой поворот, который казался таким же, но радиус которого на самом деле уменьшался, что при въезде было незаметно. «Сценарий с порывом ветра» предусматривал, что водители вне- запно в течение короткого времени подвергались воздействию бо- кового порыва ветра, который толкал их в сторону встречной поло- сы движения. затем эти 120 водителей были распределены на две равные группы по двум ТС: АСХ и автомобиль средних размеров с 195 кузовом типа «седан». Половина водителей на каждом ТСвели ма- шины с включенной и половина – с выключенной системой эКУ. в 50 из 179 пробных прогонов, произведенных на ТС без эКУ, водитель не справлялся с управлением. И напротив, из 179 прого- нов, произведенных на ТС с эКУ, водители не справились с управ- лением только в шести случаях. один пробный прогон в каждом режиме работы эКУ пришлось прерывать. эти результаты пока- зывают, что в случае включения эКУ число аварий, вызванных тем, что водитель не справился с управлением, снизилось на 88%. это исследование также позволило сделать вывод о том, что нали- чие системы эКУ позволяет снизить вероятность потери управле- ния независимо от возраста или пола водителя и что польза от его применения различными подгруппами водителей, участвовавших в исследовании, была по существу одинаковой. в начале 2003 г. был проведен ряд исследований по анализу эффективности эКУ в Европе и Японии. все они показали, что ис- пользование эКУ обладает существенным потенциалом снижения аварий одиночных автомобилей. Кроме того, предварительное ис- следование данных о дТП за 1997–2003 гг., проведенное в США и опубликованное в сентябре 2004 г., подтвердило эффективность эКУ в деле снижения аварий одиночных ТС, включая опрокиды- вание. Полученные результаты исследования на ТС, которые были использованы в этих целях, показали, что эКУ позволяет снизить количество аварий одиночных легковых автомобилей на 35%, а АСХ – на 67%. одно из исследований по оценке эффективности эКУ, которое было проведено позже и подверглось экспертной оценке, обнаружи- ло, что эКУ позволил снизить аварии одиночных легковых автомо- билей на 34%, а АСХ на 59% и что оно оказалось наиболее эффек- тивным в снижении числа аварий одиночных ТС с опрокидыванием (снижение на 71% в случае легковых автомобилей и 84% в случае АСХ). оно также обнаружило снижение числа аварий одиночных ТС со смертельным исходом и одиночных аварий с опрокидывани- ем (также со смертельным исходом), которое было соизмеримо с об- щим снижением показателя аварийности, указанного выше. Система экстренного вызова. Когда происходит дТП, быстрота, с которой будут мобилизованы спасательные службы, имеет ис- ключительно важное значение для спасения жизней и уменьшения последствий травм. в случае возникновения чрезвычайной ситуа- ции или даже аварии «Система экстренного вызова» может значи- 196 тельно сократить время реагирования экстренных служб. Такая система уже создана в Европейском союзе, известная под названи- ем eCall, далее будет описана данная система (рис. 3.29). eCall может быть активирована вручную пассажирами ТС или автоматически через активацию датчиков ТС в случае аварии. в ав- томобиле eCall непосредственное устанавливает 112-голосовой ап- парат связи с опросной службой (PSAP – Public Service Answering Point) и посылает важную информацию, такую как время и место аварии, а также описание ТС. все новые автомобили в конечном счете должны быть оснащены системой eCall, начиная с 2010 г. После аварии водитель и пассажиры в ТС могут быть в шоке, не знать своего местоположения, не иметь возможности общаться между собой и использовать мобильный телефон. во всех этих случаях, где бы они не произошли на территории Европы, eCall может значительно сократить время реагирования на чрезвычайные ситуации, сохранить жизнь и снизить тяжесть травм. После полного внедрения в Европе социально-экономические выгоды от eCall будут огромны. eCall является пан-европейским сер- висом, который будет работать во всех европейских государствах- членах и государствах связанных с этой инициативой. она будет доступна на всех ТС, независимо от марки, страны и фактического местонахождения ТС. eCall – это единственный сервис, обеспечи- вающий общеевропейский охват. eCall будет работать в отпуске и во время деловой поездки, а также дома. Когда происходит серьезная авария, датчики в автомобиле будут автоматически инициировать eCall. При ее включении в автомобиле система устанавливает 112-го- Рис. 3.29. Система eCALL – простая архитектура 197 лосовой аппарат связи для передачи аварийных сообщений, мини- мальный набор данных (MSD), включая ключевую информацию об аварии, такие как время, местоположение, направление движения (в результате точных спутниковых данных, таких как EGNOS11, а с 2013 г. – Galileo12), и описание автомобиля отправляется с голосо- вым вызовом. eCall также можно активировать вручную. оператор мобильной связи (MNO) определяет, что 112-й вызов eCall поступил от установленного в ТС коммуникационного мо- дуля. оператор мобильной связи вызывает наиболее подходящий центр реагирования на чрезвычайные ситуации. центр будет полу- чать как голосовые звонки, так и MSD. Информация, предоставленная MSD, будет расшифровываться и отображаться на экране оператора PSAP. Местоположение и на- правление движения ТС может быть показан в географической ин- формационной системе. в то же время оператор сможет слышать, что происходит в автомобиле и поговорить с пассажирами ТС, если это возможно. это поможет выяснить, какая аварийно-спасательная службе, необходима на месте дТП (скорая помощь, пожарные, по- лицейские), а также оперативно направить предупреждения и всю соответствующую информацию службам. Кроме того, операторы PSAP смогут немедленно сообщить центрам управления движением, что инцидент произошел в определенном месте, способствуя быстро- му информированию других участников дорожного движения, и тем самым поможет предотвратить средние аварии, очистить проезжую часть и, следовательно, снизить перегруженность дороги. Сеть между автомобилями. Идея создания сети между автомобилями возникла давно, мно- гие автопроизводители и организации занимались этими вопроса- ми в одиночку. в настоящее время крупнейшие производители ав- томобильной промышленности и организации, связанные с дорож- ным движением, объединились и прилагают совместные усилия для разработки новых автомобильных систем, в первую очередь систем, обеспечивающих безопасность, управление движением и уменьшение выбросов CO 2 . в связи с развитием коммутационных технологий одним из перспективных направлений в исследовани- ях является создание сети между автомобилями и дорожной ин- фраструктурой. в рамках этой идеи был создан консорциум Car 2 Car Consortium. цель консорциума состоит в создании и стандартизации интер- фейсов и протоколов беспроводной связи между ТС и их окруже- 198 нием, с тем чтобы ТС различных производителей имели совмести- мость, а также могли общаться между собой и дорожной инфра- структурой. Миссии и цели консорциума Car 2 Car communication: 1) создать и установить открытый европейский (возможно, и мировой) промышленный стандарт Car 2 Car систем связи; 2) гарантировать работоспособность системы связи между ТС; 3) разработать прототипы активных приложений безопасности, демонстрирующих работоспособность систем Car 2 Car; 4) содействовать в согласовании Car 2 Car коммуникационных стандартов по всему миру для разработки стратегий развертывания бизнес-моделей и ускорения проникновения на рынок; Система Car 2 Сar должна обеспечивать следующие функции: 1) быструю автоматическую передачу данных между ТС и до- рожной инфраструктурой; 2) передачу информации о движении, предупреждение опасно- стей и предоставление развлекательных данных; 3) поддержку специальной Car 2 Car связи, не требующей пред- варительной установки сетевой инфраструктуры. Car 2 Car система основана на беспроводных сетевых технологи- ях малого радиуса действия. Специальная Car 2 Car связь позволяет обмениваться ТС друг с другом информацией. Так формируется автотранспортная сеть VANE (Vehicular Adhoc Network). Car 2 Car система расширяет гори- зонты возможностей водителя и дает совершенно новые нормы обе- спечения безопасности. Связь Car 2 Car хорошо подходит в качестве основы для приложений децентрализованных систем активной без- опасности и, следовательно, способствует снижению происшествий и их тяжести. Помимо активных функций безопасности, система включает в себя активные приложения для управления движением и будет способствовать улучшению дорожного движения. C2X коммуникации позволяют предоставлять большое коли- чество информации о безопасности или эффективности движения водителям. C2C-CC C2X система была и будет продолжать разви- ваться на основе требований использования. в коммуникациях участвуют следующие субъекты: 1) водители, которые пользуются системой, получая предупре- ждения и рекомендации маршрута; 2) дорожные службы, которые получают данные о движении и, следовательно, могут осуществлять контроль движения более эф- фективным способом; 199 3) провайдеры и точки доступа к Интернет-услугам, например на АзС. Использовать систему Car 2 Car для обеспечения безопасности можно в различных сценариях. Рассмотри три случая использова- ния системы для обеспечения безопасности. Первая система, которую рассмотрим, – это система предупре- ждения об опасности столкновения. Типичными причинами на- езда сзади является отвлечение водителя или резкое торможение впереди следующего ТС. во всем мире процент среди всех аварий, связанных с наездом сзади, очень велик. Система, предупреждаю- щая об опасности такой аварии смогла бы избежать их. С помощью системы Car 2 Car возможно создать такую систему. Такая систе- ма будет во время нормального вождения анонимно обмениваться соответствующей информацией с оборудованными ТС, такой как местоположение, скорость и направление движения. для того что- бы предсказать неминуемый наезд сзади, каждое ТС следит за дей- ствиями своих водителей, положением автомобиля и поведением всех других автомобилей поблизости. Когда система обнаруживает в критической близости ТС, происходит предупреждение водите- ля. Таким образом, водитель будет иметь достаточное количество времени для избежания аварии. в дополнение к беспроводной свя- зи для обнаружения ТС, не оборудованных системой Car 2 Car, мо- гут быть использованы различные датчики. для предупреждения опасности столкновения требуется: 1) возможность для всех ТС обмениваться информацией друг с другом на расстоянии приблизительно от 20 до 200 м с целью про- гнозировать наезд сзади; 2) точное взаимное расположение ТС; 3) правдивость информации, полученной от других ТС; 4) проникновение на рынок системы, с тем чтобы иметь эффек- тивность. Система обнаружения и предупреждения аварии – система следующего шага после системы предупреждения аварии сзади. здесь предполагается, что авария неизбежна и будет происходить предупреждение об опасности, аналогично рассмотренной выше системы. эта система требует от всех ТС периодического обмена ин- формацией, чтобы предсказать столкновение. После того как уже не избежать аварии, вовлеченные ТС должны быстро и надежно обмениваться информацией, что накладывает требования к связи. в этой передаче происходит передача наиболее полных и подроб- 200 ных сведений об автомобилях, например таких, как положение и размер. это дополнительная информация, предоставленная обои- ми ТС, позволяет оптимизировать такие системы обеспечения без- опасности, как подушки безопасности, системы предварительного натяжения ремня безопасности, расширения бамперов и т. д. Как и в требованиях, предъявляемых к рассмотренной ранее системе предупреждения столкновения сзади, эта система требует: 1) возможности для всех ТС обмениваться информацией друг с другом на расстоянии приблизительно от 20 до 100 м, с тем чтобы прогнозировать неизбежные аварии; 2) точного взаимного расположения ТС; 3) достоверности получаемых данных от других ТС; 4) проникновения на рынок, чтобы иметь эффективность; 5) быстрого и надежного соединения между двумя ТС в случае неизбежности аварии. Система обмена уведомлениями об опасных областях – систе- ма использует связь между автомобилями для информирования об опасных местах на дороге, как, например, скользкая дорога или выбоина. Таким образом, основным вопросом является гене- рация информации о состоянии дорожной обстановки на конкрет- ном месте. Например, на ТС сработала ESP, информация об этом и месте, где это произошло, сохраняется и передается другим ТС в окрестности. Транспортные средства, которые получают эту ин- формацию, предоставляют информацию на рассмотрение водителя или используют ее для оптимизации шасси и систем безопасности. Соответствующая информация может быть доведена до любого ко- личества ТС на площади, ограниченной только плотностью потока ТС, оборудованных системой Car 2 Car. в дополнение к описанному случаю, когда информация создается в автомобиле, она может по- ступать от внешних поставщиков дорожной инфраструктуры, до- ступных через сеть, в том же порядке. Как описано выше, система обмена уведомлениями об опасных ситуациях требует: 1) достоверности получаемой информации от других ТС; 2) достоверности получаемой информации от других поставщи- ков дорожной инфраструктуры; 3) проникновения на рынок для эффективной работы; 4) возможности обмениваться информацией об определенной географической области в нескольких прыжках; 5) способности оценивать и отслеживать достоверность инфор- мации, распространяемой через несколько прыжков. 201 контрольные вопросы 1. Какие автоматы были построены и использовались в древнем мире и в средневековье? 2. Какие компьютерные технологии использованы в американском фильме «Аватар»? 3. Как представлял роботов Карел Чапек? 4. Каковы основные законы робототехники по А. Азимову? 5. Каково место роботов в современной жизни? 6. Каков основной сюжет советского фильма «Человек и робот»? 7. Каково соотношение организации среды и сложности робота для кон- кретного примера? 8. Как использовать роботов на лесозаготовках? 9. Как использовать роботов на машиностроительном предприятии? 10. Как использовать роботов для помощи больным? 11. Как использовать роботов в домашнем хозяйстве? 12. Как использовать роботов на животноводческой ферме? 13. Как использовать роботов для охраны порядка? 14. Как устроена рука человека? 15. Как устроена нога человека? 16. Каковы характеристики зрительного анализатора человека? 17. Каковы характеристики слухового анализатора человека? 18. Каковы приспособительные характеристики человека? 19. Как должен быть экипирован кибернетический боец? 20. Какова система управления беспилотного ЛА? 21. Каковы механические конструкции роботов? 22. Как должен перемещаться робот внутри трубы? 23. Как может помочь робот при диагностике газопроводов? 24. Каковы информационные системы роботов? 25. Как устроен «мозг» роботов? 26. Каковы системы связи человека с роботом? 27. Каковы уровни управления роботами? 28. Каков уровень самостоятельности робота? 29. Как осуществляется энергоснабжение роботов? 30. Каковы особенности биологических мышц? 31. Как можно использовать нанороботы? 32. Каковы адаптационные возможности робота? 33. Как организовать коллективную работу роботов? |