Увод
Всеки ден чуваме в медиите как големите технологични компании се надпреварват в разработката на автономни превозни средства. Но какво представляват тези превозни средства? Какви предимства биха имали в сравнение със сегашните превозни средства? Какви са пречките те все още да не са по улиците на нашите градове? Какви системи, платформи и нововъведения се разработват, за да решат тези проблеми?
Напълно автоматизираните, автономни или “самоходни” превозни средства се определят от Националната администрация по безопасност на движението по пътищата (NHTSA) на американското министерство на транспорта като “тези, в които работата на превозното средство се осъществява без директното участие на водача, за да се контролира управлението, ускорението и спирането и са проектирани така, че да не се очаква водачът непрекъснато да наблюдава пътя, докато работи в режим на самоуправление”. В името на стандартизацията са използвани няколко дефиниции за различни нива на автоматизация и за по-голяма яснота и последователност, NHTSA е приела международните определения на SAE за нива на автоматизация. Тези определения разделят превозните средства на нива, основани на това “кой какво прави и кога“:
Нива на автономност на превозните средства:
– Ниво 0 – Човекът извършва всички действия, свързани с шофирането.
– Ниво 1 – Модерна система за подпомагане на шофьора (МСПШ) може да подпомогне завиването или спирането / ускоряването.
– Ниво 2 – МСПШ на превозното средство може да контролира както управлението, така и спирането / ускоряването при определени обстоятелства. Шофьорът трябва да продължи да държи цялото си внимание и да изпълнява останалата част от задачите за управление.
– Ниво 3 – МСПШ в превозното средство може сама да изпълнява всички аспекти на задачата по управление на превозното средство при определени обстоятелства. При тези обстоятелства, шофьорът трябва да е готов да поеме контрола по всяко време, когато МСПШ поиска от водача да го направи. При всички останали обстоятелства, шофьорът изпълнява задачата за управление.
– Ниво 4 – МСПШ на превозното средство може сама да изпълнява всички задачи по шофирането и да следи заобикалящата среда – по същество, извършва цялото шофиране – при определени обстоятелства. При тези обстоятелства човекът не е необходимо да обръща внимание да шофьорския процес.
– Ниво 5 – МСПШ на превозното средство може сама да изпълнява всички задачи по шофирането при всички обстоятелства. Хората в превозното средство са само пасажери и не участват в управлението.
Потенциални предимства на една изградена система от автономни превозни средства:
Безопасност – пътно-транспортните произшествия (и произлизащите от това смъртни случаи, наранявания и разходи), причинени от човешки грешки, като забавено време за реакция, разсейване, агресивно шофиране ще бъдат чувствително намалени (с около 90%);
Благосъстояние – Автономните превозни средства биха могли да намалят разходите за труд. Облекчаването на пътниците от шофиране и навигиране ще замени часовете за пътуване зад волана с повече време за отдих или работа и също така ще премахне ограниченията върху правоспособността на пътника да шофира. За младите хора, възрастните хора, хората с увреждания и гражданите с ниски доходи автономните превозни средства биха могли да осигурят повишена мобилност;
Улично движение – след намаляването и отпадането на някои ограничения, въведени с цел безопасност и възможността за предвиждане на трафика ще доведат до по-високи скоростни ограничения, увеличен капацитет на пътищата, свеждане до минимум на задръстванията, по-малка нужда от пътна полиция и дори пътна маркировка;
Разходи – по-безопасното пътуване ще доведе до значително намаляване на застраховките, а улесненото пътно движение ще доведе до повишаване на ефективността и намаляване на разходите за гориво;
Недостатъци:
Въпреки различните ползи от увеличаването на автономността на превозните средства, някои предсказуеми предизвикателства продължават да съществуват, като споровете по отношение на отговорността на човека и машината, загриженост на клиентите относно безопасността на превозните средства без шофьор и прилагането на правната рамка и установяването на правителствени разпоредби за самоуправление на превозните средства. Други препятствия биха могли да бъдат липсващ опит на водача в потенциално опасни ситуации; етични проблеми в ситуации, при които софтуерът на автономното превозно средство е принуден по време на неизбежна катастрофа да избира между множество вредни действия; недостатъчна адаптация към жестове и невербални забележки от полицията и пешеходците.
До къде сме сега?
Разработките до сега на превозни средства с автономно управление обикновено използват алгоритми на базата на едновременно локализиране и използване на карти (Simultaneous localization and mapping (SLAM)), които обединяват данни от множество сензори и офлайн карта и се подпомагат от прогнози за местоположението и актуализации на тези карти.
Съществуват много технологични препятствия пред внедряването на тези технологични новости в нашия всекидневен живот. Някои от тях са недостатъчна софтуерна надеждност; невъзможността на изкуствения интелект да функционира правилно в една хаотична градска среда; компютърът в превозното средство или мрежата за комуникация между автономните превозни средства може да бъдат компроментирани; чувствителността на сензорите на колата към различните атмосферни условия.
Какво е необходимо?
Автономното шофиране в световен мащаб изисква повече от сканиране на заобикалящата среда, използване на пътни карти и изчисляване на прости компютърни модели. Тя изисква широка инфраструктура от услуги за данни и свързаност. Всяко автономно превозно средство би генерирало огромно количество данни – около 4000 GB всеки ден. За постигането на устойчиво автономно решение за управление на превозни средства е необходимо, първо голяма част от компютърните изчисления да се извършат от високопроизводителни компютри в самите превозни средства. Второ – за извличане на цялостна картина на заобикалящата ни среда, както и „разбирателство“ между всички участници в движението е необходимо те да са свързани и да комуникират по между си. И накрая – използването на „облак“, където да се събира огромната информация. Тези данни ще бъдат споделени с всички автономни превозни средства за непрекъснато подобряване на способността им да „чувстват“ точно и безопасно обкръжаващата ги среда. За да комуникира с център за данни, инфраструктура на пътя и други превозни средства, автономните такива ще се нуждаят от високочестотна и надеждна двупосочна комуникация, както и център за данни, който получава, етикетира, обработва, съхранява и предава огромно количество данни всяка секунда.
Какво следва?
Тъй като шофирането става все по-автономно, превозното средство трябва да може да визуализира пътя напред, да оцени безброй възможни сценарии и да избере най-добрата последователност на действия. То трябва да обработва милиони точки от данни всяка секунда и бързо да отговаря на постоянно променящата се среда. Това изисква огромен изчислителен капацитет. Платформите за развитие за автономно шофиране трябва да предлагат гъвкава архитектура, която включва централни процесори (CPU), програмируеми на място или дистанционно портални масиви (FPGAs) и технология за ускоряване на хардуера за дълбоко обучение. Това осигурява уникална и оптимизирана комбинация от паралелна и последователна обработка – идеален за разделяне на автоматизираните работни натоварвания в най-ефективния тип изчисление.
Изчисленията, необходими за автономно шофиране, могат да бъдат разделени на три преплетени етапи: възприятие, разбиране/анализ и вземане на решения. Всеки етап изисква различни нива и видове изчисления. Последователното изчисляване е основен тип изчисление, използвано за вземане на решения. Също така е от решаващо значение за процеса на използване на информацията, получена от датчиците.
Фиг. 1. Диаграма на етапите на изчисления и внедряването им в „cloud“ структура
Cloud сървърите служат и за откриване на грешки, корекция и възстановяване на настройки, които позволяват изключителна надеждност и осигуряване на функционална безопасност от недоброжелатели.
За уверено поддържане на връзката с другите превозни средства и облака, осъществяването на актуализации “по въздуха”, доставчиците се нуждаят от все по-високи скорости на трансфер на данни, както и по-бързо време за реакция – не само в секунди, но в милисекунди. Затова за тази платформата е необходимо да работи с новата безжична технология 5G, позволяваща трансфера на по-голям капацитет от данни (около 20 пъти по-бърза е), с по-малко забавяне и дава възможността да се свързват много повече устройства в сравнение с използваната до сега 4G връзка.
Технологичният гигант Интел (Intel) предлага подобно цялостно решение чрез своята услуга Intel®GO™ (Фиг. 2.).
Фиг. 2. Решение за автономност на превозни средства – Intel®GO™.
Анализи и изводи
Автономните превозни средства зависят от информацията. Те са оборудвани с технологии като GPS приемници, интерфейси за безжична мрежа с малък и голям обсег на действие, камери и множество сензори (лидар, радар, инерционни измервателни уреди, кодиращи устройства, ултразвукови, задвижващи устройства и др.) за събиране и съобщаване на позицията, скоростта, посоката и спирачното състояние на автомобила. Те също така разпознават сигнали за движение, близост до пешеходци и опасни предмети на пътя. Разработени са различни техники, които да позволят на превозното средство да създаде модел на тази среда, използвайки множество сензорни входове. Основните алгоритми зад тези техники бързо се развиват и изискват баланс на високопроизводителни изчисления, гъвкавост и възможност за обработване и програмиране. Обемните данни обаче трябва да се обработят почти в реално време, за да може автономните превозни средства да от отговорят на опасностите на пътя. Центрове за съхранение и обработка на данни, базирани на “cloud” системи осигуряват много важни услуги като разпределени изчислителни процеси, хранилище за данни, симулиране, пресмятане на модели, изработка на карти и др.
Автономните превозни средства са бъдещето на транспорта. Изключителния потенциал, както и положителната обществена и правителствена нагласа водят до непрекъсната работа. Всяко едно подобрение, което би решило днешните проблеми в тази сфера и би могло да доведе до по-безопасна мобилност, намаляване на разходи, социални ползи, намаляване на замърсяването ще съкрати сроковете до навлизането на тази технология и би направило живота ни по-лесен.
За въпроси, забележки и запитвания, използвайте формата за връзка по-долу.
Не забравяйте да харесвате и споделяте!
Дата: 13.04.2018г.
Автор: инж. Димитър Цеков
Източник: Интернет проучване
