Введение

Автоматизация транспортных средств для различных целей транспортные средства, полностью полагающиеся либо на автоматизацию, либо на дистанционное управление Автоматизация транспортных средств включает в себя использование механических систем, искусственного интеллекта и многоагентных систем для оказания помощи оператору транспортного средства, такого как автомобиль, грузовик, самолет или водный корабль. Транспортное средство, использующее автоматизацию для выполнения таких задач, как навигация, чтобы облегчить, но не заменить человеческий контроль, квалифицируется как полуавтономное, тогда как полностью самостоятельно управляемое транспортное средство называется автономным. Это транспортное средство для дорожного движения. Для этих транспортных средств юридически определено конкретное различие между передовыми системами помощи водителю и (более передовыми) автономными/автоматизированными транспортными средствами в связи с различиями в ответственности водителя и/или субъекта, управляющего транспортным средством. Технология, используемая при реализации автономных транспортных средств, включает в себя изменения транспортного средства и поддержку в условиях вождения. Автоматизированные транспортные средства вызывают проблемы безопасности, особенно в наземном транспорте и в дорожном движении, учитывая сложность вождения, географические/культурные различия и условия дорожного движения. Для того чтобы сделать автономные транспортные средства надежными и масштабируемыми, необходимо преодолеть различные технологические проблемы. Тема автоматизации транспортных средств примечательна для дорожного движения из-за количества транспортных средств и водителей, но представляет особую озабоченность в среде, подверженной столкновениям с дорожным движением из-за необходимости совместного использования дороги с другими участниками дорожного движения. Автономия подразумевает, что транспортное средство отвечает за все функции восприятия, контроля и управления. Автоматизированные системы могут не работать при всех условиях, оставляя остальное человеку. Еще одна тонкость заключается в том, что, хотя транспортное средство может пытаться работать при любых обстоятельствах, транспортное средство может потребовать, чтобы человек взял на себя управление в непредвиденных обстоятельствах или когда транспортное средство плохо себя ведет.

Технология, используемая в автоматизации транспортных средств

Основным средством реализации автономных транспортных средств является использование искусственного интеллекта (ИИ). Для того, чтобы полностью автономные транспортные средства были реализованы, низкие уровни автоматизации должны быть тщательно протестированы и реализованы, прежде чем перейти на следующий уровень. Благодаря внедрению автономных систем, таких как навигация, предотвращение столкновений и рулевое управление, производители автономных транспортных средств работают над повышением уровня автономии путем проектирования и внедрения различных систем автомобиля. Хотя многие из этих компаний постоянно разрабатывают технологии, которые будут внедрены в их автономные транспортные средства, общее мнение заключается в том, что основная технология все еще нуждается в дальнейшей разработке, прежде чем полностью автономные транспортные средства станут возможными. Возможно, одна из самых важных систем любого автономного транспортного средства, система восприятия должна быть полностью разработана и хорошо протестирована, чтобы автономия продвинулась вперед. Однако многие современные компоненты автомобилей все еще могут использоваться в автономных транспортных средствах, таких как использование автоматических коробк передач и оборудования для защиты оператора, такого как подушки безопасности. Наряду с размещением водителя, автономные транспортные средства также накладывают технологический фактор на окружающую среду, в целом требуя более высокого чувства связи в окружающей среде транспортного средства. С учетом этого нового фактора многие городские власти рассматривают возможность стать умным городом, чтобы обеспечить достаточную основу для автономных транспортных средств. Автоматизированные системы управления автомобилем, как известно, успешно работают в таких ситуациях, как сельские дорожные установки. Сельские дорожные условия будут иметь более низкий уровень трафика и меньшую дифференциацию между водительскими способностями и типами водителей. "Самым большим вызовом в развитии автоматизированных функций по-прежнему является внутренний городской трафик, где необходимо учитывать чрезвычайно широкий круг пользователей дорог со всех сторон". Эта технология развивается к более надежному способу автоматизированного вождения автомобилей для переключения из режима авто в режим водителя. Автоматический режим - это режим, который устанавливается для того, чтобы автоматические действия принимали верх, в то время как режим водителя - это режим, установленный для того, чтобы оператор контролировал все функции автомобиля и принимал на себя ответственность за управление транспортным средством (система автоматического вождения не включена). Это определение будет включать системы автоматизации транспортных средств, которые могут быть доступны в ближайшем будущем, такие как помощь в пробке или полный автоматизированный круиз-контроль, если такие системы будут спроектированы таким образом, чтобы человек-оператор мог разумно отвлечь внимание (мониторинг) от производительности транспортного средства, пока система автоматизации задействована. Это определение также включает автоматизированное платонинговое движение (как это было концептуализировано проектом SARTRE).

Сартр

Основная цель проекта Sartre (безопасные дорожные поезда для окружающей среды) - создать автопоезд, который обеспечит комфорт и даст возможность водителю транспортного средства безопасно добраться до пункта назначения. Наряду с возможностью находиться вдоль поезда, водители, проезжающие мимо этих взводов, могут присоединиться к ним с помощью простой активации автоматизированной системы управления, которая соотносится с грузовиком, который ведет взвод. Сартр берет то, что мы знаем как систему поездов и смешивает его с технологией автоматического вождения. Это должно облегчить транспортировку по городам и в конечном итоге помочь с потоком трафика через тяжелый автомобильный трафик. В некоторых частях мира самоуправляемая машина была протестирована в реальных ситуациях, таких как в Питтсбурге. Автономные автомобили Uber были протестированы в Питтсбурге, хотя испытания были приостановлены на девять месяцев после того, как автономный автомобиль убил женщину в Аризоне. Помимо тестирования самоуправляемых автомобилей, в Калифорнии были протестированы автоматизированные автобусы. Боковой контроль автоматизированных автобусов использует магнитные маркеры, такие как взвод в Сан-Диего, в то время как продольный контроль автоматизированного взвода грузовиков использует радио и радар с миллиметровыми волнами. Примеры современного общества включают в себя автомобиль Google и модели Tesla. Тесла переработала автоматическое вождение, они создали модели автомобилей, которые позволяют водителям вводить пункт назначения и позволять автомобилю взять на себя управление. Это два современных примера автомобилей с автоматизированной системой управления.

Риски и обязательства

Многие автопроизводители, такие как Ford и Volvo, объявили о планах предложить полностью автоматизированные автомобили в будущем. Обширные исследования и разработки вкладываются в автоматизированные системы вождения, но самая большая проблема, которую автопроизводители не могут контролировать, - это то, как водители будут использовать систему. Tesla Motor имеет один зарегистрированный инцидент, который привел к летальному исходу с участием автоматической системы вождения в Tesla Model S. Отчет об аварии показывает, что авария была результатом невнимательности водителя и системы автопилота, не распознававшей препятствие впереди. особенно когда используются новые алгоритмы, основанные на подходах искусственного интеллекта, которые требуют обширной подготовки и проверки наборов данных. Внедрение автоматизированных систем вождения создает возможность изменения среды строительства в городских районах, таких как расширение пригородных районов из-за повышенной легкости мобильности. В разработке полностью автономных транспортных средств уровня 5, способных работать в любых условиях, все еще существует много препятствий. В настоящее время компании сосредоточены на автоматизации уровня 4, которая может работать при определенных экологических условиях. Предсказание и доверие среди автономных автомобилей: полностью автономные автомобили должны быть в состоянии предвидеть действия других автомобилей, как это делают люди. Водители-люди умеют предсказывать поведение других водителей, даже с небольшим количеством данных, таких как зрительный контакт или жесты рук. Во-первых, машины должны согласовать правила дорожного движения, чья очередь ехать на перекрестке и так далее. Это становится более серьезной проблемой, когда существуют как машины, управляемые человеком, так и автомобили с автономным управлением из-за большей неопределенности. Ожидается, что надежное автономное транспортное средство улучшит понимание окружающей среды, чтобы лучше решить эту проблему. Фактор полезности изучает, полезны ли автономные транспортные средства в том смысле, что они обеспечивают преимущества, которые экономят время потребителей и упрощают их жизнь. Определяющий фактор - то, насколько потребители считают, что автономные транспортные средства будут полезными по сравнению с другими видами транспортных решений. Были также предложения принять нормативные знания по безопасности авиационной автоматизации в обсуждениях безопасного внедрения автономных транспортных средств в связи с опытом, накопленным в течение десятилетий авиационным сектором по вопросам безопасности.

Наземные транспортные средства

В некоторых странах специальные законы и правила применяются к автомобилям дорожного движения (таким как автомобили, автобусы и грузовики), в то время как другие законы и правила применяются к другим наземным транспортным средствам, таким как трамваи, поезда или автоматически управляемые транспортные средства, что позволяет им работать в различных условиях.

Шаттл

С 1999 года 12-местный парковый автобус ParkShuttle работает на исключительном праве проезда в городе Капель-ан-ден-Ийссель в Нидерландах. Система использует небольшие магниты в дорожной поверхности, чтобы позволить транспортному средству определить свое положение. Использование автономных транспортных средств было опробовано около 2012 года на больничной парковке в Португалии. В 2012-2016 годах финансируемый Европейским Союзом проект CityMobil2 исследовал использование совместно используемых автономных транспортных средств и опыт пассажиров, включая краткосрочные испытания в семи городах. Этот проект привел к разработке EasyMile EZ10. В 2010-х годах самоходные шаттлы стали способны работать в смешанном трафике без необходимости встраивать в них указатели. До сих пор основное внимание уделялось низкой скорости, с короткими, фиксированными маршрутами для "последней мили" путешествий. Это означает, что вопросы предотвращения столкновений и безопасности значительно менее сложны, чем для автоматизированных автомобилей, которые стремятся соответствовать производительности обычных транспортных средств. Было проведено много испытаний, в основном на тихих дорогах с небольшим количеством движения или на общественных или частных дорогах и специализированных испытательных площадках. Вместимость различных моделей значительно варьируется, от 6 до 20 мест. (Выше этого размера есть обычные автобусы, в которых установлена технология без водителя.) В декабре 2016 года Управление транспорта Джексонвилла объявило о своем намерении заменить монорельсовый Jacksonville Skyway беспилотными транспортными средствами, которые будут курсировать по существующей возвышенной надстройке, а также продолжать движение по обычным дорогам. С тех пор проект получил название "Ultimate Urban Circulator" или "U2C", и испытания были проведены на шаттлах от шести разных производителей. Стоимость проекта оценивается в 379 миллионов долларов. В январе 2017 года было объявлено, что система ParkShuttle в Нидерландах будет обновлена и расширена, включая расширение маршрутной сети за пределами исключительного права проезда, чтобы транспортные средства могли работать в смешанном движении на обычных дорогах. Планы были отложены, и теперь ожидается, что в 2021 году будет осуществлено расширение в смешанный трафик. В июле 2018 года Baidu заявила, что построила 100 своих 8-местных моделей Apolong, с планами коммерческих продаж. По состоянию на июль 2021 года они не приступили к массовому производству. В августе 2020 года сообщалось, что существует 25 автономных производителей шаттлов, включая 2GetThere, Local Motors, Navya, Baidu, Easymile, Toyota и Ohmio. В декабре 2020 года Toyota продемонстрировала свой 20-местный автомобиль "e Palette", который должен быть использован на Олимпийских играх в Токио в 2021 году. Toyota объявила, что планирует сделать автомобиль доступным для коммерческих применений до 2025 года. В январе 2021 года Navya выпустила отчет инвесторов, в котором прогнозировалось, что глобальные продажи автономных шаттлов достигнут 12 600 единиц к 2025 году с рыночной стоимостью 1,7 млрд евро. В июне 2021 года китайский производитель Yutong заявил, что поставил 100 моделей своего автономного автобуса Xiaoyu 2.0 с 10 местами для использования в Чжэнчжоу. Испытания проводились в ряде городов с 2019 года, а испытания, открытые для общественности, должны начаться в июле 2021 года. Автономные шаттлы уже используются на некоторых частных дорогах, например, на заводе Yutong в Чжэнчжоу, где они используются для перевозки рабочих между зданиями крупнейшего в мире автобусного завода.

Автобусы

Предлагаются автономные автобусы, а также самоходные автомобили и грузовики. Автоматизированные микроавтобусы второго уровня были опробованы в течение нескольких недель в Стокгольме. В Китае также есть небольшой парк самоходных общественных автобусов в технологическом районе Шэньчжэнь, Гуандун. Первые испытания автономных автобусов в Великобритании начались в середине 2019 года, когда одноэтажный автобус Alexander Dennis Enviro200 MMC, модифицированный автономным программным обеспечением от Fusion Processing, смог работать в режиме без водителя в автобусном депо Stagecoach в Манчестере, выполняя такие задачи, как поездка на станцию мытья, заправку, а затем парковку на специальном парковочном месте в депо. Испытания беспилотных автобусов в Шотландии начались в январе 2023 года с парком из пяти идентичных транспортных средств, используемых в Манчестере на 14-мильном (23 км) парке Stagecoach Fife и на маршруте через мост Форт-Роуд, от северного берега Форта до станции Эдинбург-Парк. Еще одно автономное испытание в Оксфордшире, Англия, которое использует электрический микроавтобус Fiat Ducato на циркулярном маршруте в Милтон-Парк, управляемое FirstBus при поддержке Fusion Processing, Оксфордширского графства и Университета Западной Англии, также вошло в полную пассажирскую службу в январе 2023 года. Испытательный маршрут планируется расширить до железнодорожной станции Didcot Parkway после приобретения более крупного одноэтажного здания к концу 2023 года. В июле 2020 года в Японии исследовательский центр мобильности AIST Human Centered Mobility Research Center совместно с Nippon Koei и Isuzu начал серию демонстрационных испытаний автобусов среднего размера, Isuzu "Erga Mio" с автономными системами вождения, в пяти районах; город Оцу в префектуре Шига, город Санда в префектуре Хёго и другие три района последовательно. В октябре 2023 года Imagry, израильский стартап в области искусственного интеллекта, представил свое решение для автономного вождения без карты на Busworld Europe, используя систему распознавания изображений в реальном времени и пространственную глубокую сводную нейронную сеть (DCNN), чтобы имитировать поведение человека во время вождения.

Грузовики

Концепция автономных транспортных средств применяется для коммерческого использования, например, для автономных или почти автономных грузовиков. Такие компании, как канадская энергетическая компания Suncor Energy и Rio Tinto Group, были одними из первых, кто заменил управляемые человеком грузовики коммерческими грузовиками без водителя, управляемыми компьютерами. В апреле 2016 года грузовики крупных производителей, включая Volvo и Daimler Company, завершили неделю автономного вождения по всей Европе, организованную голландцами, в попытке вывести самоходные грузовики на дорогу. По данным доклада, опубликованного IHS Inc. в июне 2016 года, ожидается, что продажи самоходных грузовиков в США достигнут 60 000 к 2035 году. Как сообщалось в журнале Popular Science в июне 1995 года, для боевых конвоев разрабатывались самоходные грузовики, при этом только ведущий грузовик будет управляться человеком, а следующие грузовики будут опираться на спутник, инерциальную систему наведения и датчики скорости на земле. Caterpillar Inc. в 2013 году провела ранние разработки в Институте робототехники при Университете Карнеги-Меллона для повышения эффективности и снижения затрат на различных горнодобывающих и строительных площадках. В Европе такой подход - "Безопасные дорожные поезда для окружающей среды". Согласно отчету PWC Strategy& Report, самостоятельные грузовики станут источником большой озабоченности по поводу того, как эта технология повлияет на около 3 миллионов водителей грузовиков в США, а также 4 миллиона сотрудников, поддерживающих экономику грузоперевозок на заправках, ресторанах, барах и отелях. В то же время, некоторые компании, такие как Starsky, стремятся к автономности третьего уровня, в которой водитель будет играть роль управления вокруг окружающей среды грузовика. Проект компании, дистанционное вождение грузовиков, позволит водителям грузовиков лучше сбалансировать свою работу и жизнь, позволяя им избегать длительных периодов времени вдали от дома. Однако это может привести к несоответствию навыков водителя с технологическим переопределением работы. Компании, которые покупают грузовики без водителя, могут значительно сократить расходы: больше не потребуются водители, уменьшатся обязательства компаний в результате аварий с грузовиками, а производительность увеличится (поскольку грузовику без водителя не нужно отдыхать). Использование самоходных грузовиков будет идти рука об руку с использованием данных в режиме реального времени для оптимизации эффективности и производительности предоставляемых услуг, например, в качестве способа решения проблемы пробок. Автономные грузовики могут создать новые бизнес-модели, которые позволят перемещать доставки из дневного времени в ночное или в часовые промежутки, когда трафик менее интенсивен.

Поставщики

Подробности компании Waymo Semi В марте 2018 года компания Waymo, производящая автоматизированные транспортные средства, выделилась из материнской компании Google Alphabet Inc. и объявила, что применяет свою технологию к полугрузовикам. В своем заявлении Waymo отметила, что будет использовать автоматизированные грузовики для перемещения грузов, связанных с центрами обработки данных Google в районе Атланты, штат Джорджия. Грузовики будут управляться на общественных дорогах. Uber Semi В октябре 2016 года Uber завершил первую беспилотную эксплуатацию автоматизированного грузовика на общественных дорогах, доставив трейлер пива Budweiser из Форт-Коллинса, штат Колорадо-Спрингс. Поездка была завершена ночью на Интерстейт-25 после обширных испытаний и улучшений системы в сотрудничестве с полицией штата Колорадо. В кабине грузовика был человек, но не сидел на сиденье водителя, в то время как полиция штата Колорадо обеспечила перекрытие шоссе. В то время автоматизированный грузовик Uber основывался в основном на технологии, разработанной Otto, которую Uber приобрела в августе 2016 года. В марте 2018 года Uber объявил, что использует свои автоматизированные грузовики для доставки грузов в Аризоне, а также использует приложение UberFreight для поиска и отправки грузов. Embark Semi В феврале 2018 года Embark Trucks объявила, что завершила первую поезду через всю страну автоматизированного полуавтомобиля, проехав 2400 миль от Лос-Анджелеса, Калифорния, до Джексонвилла, штат Флорида по Интерстайт 10. Это последовало за объявлением в ноябре 2017 года о том, что компания сотрудничает с Electrolux и Ryder для тестирования своего автоматизированного грузовика, перемещая холодильники Frigidaire из Эль-Пасо, штат Техас, в Палм-Спрингс, штат Калифорния. Tesla Semi В ноябре 2017 года Tesla, Inc., принадлежащая Илону Маску, показала прототип Tesla Semi и объявила, что он поступит в производство. Этот электрический полуфургон может самостоятельно передвигаться и двигаться в "зводах", которые автоматически следуют за ведущим автомобилем. В августе 2017 года было раскрыто, что компания запросила разрешение на проведение испытаний автомобилей в Неваде. Starsky Robotics В 2017 году Starsky Robotics представила свою технологию, которая позволяет сделать грузовики автономными. В отличие от своих более крупных конкурентов в этой отрасли, которые стремятся к устранению автономности 4 и 5 уровней, Starsky Robotics стремится производить грузовики с автономностью 3 уровня, в которых водители должны быть готовы ответить на "запрос вмешательства" в случае, если что-то пойдет не так. В декабре 2018 года Энтони Левандовски представил свою новую компанию по автономному вождению Pronto, которая создает технологию L2 ADAS для коммерческой индустрии грузовых автомобилей. Компания базируется в Сан-Франциско.

Трамваи

В 2018 году в Потсдаме были испытаны первые автономные трамваи.

Автоматически управляемая машина

Автоматически управляемое транспортное средство (AGV) - это мобильный робот, который следует за маркерами или проводами в полу или использует зрение, магниты или лазеры для навигации. Они чаще всего используются в промышленных приложениях для перемещения материалов по производственному объекту или складу. Применение автоматически управляемого транспортного средства расширилось в конце 20-го века.

Самолет

Самолеты получили много внимания для автоматизации, особенно для навигации. Система, способная автономно управлять транспортным средством (особенно самолетом), известна как автопилот.

Беспилотники для доставки

Различные отрасли, такие как упаковка и продукты питания, экспериментировали с беспилотными самолетами для доставки. Традиционные и новые транспортные компании конкурируют на рынке. Например, UPS Flight Forward, Alphabet Wing и Amazon Prime Air разрабатывают беспилотники для доставки. Zipline, американская компания по доставке медицинских дронов, имеет крупнейшие активные операции по доставке дронов в мире, и ее дроны способны к автономии 4-го уровня. Однако, даже если технология, кажется, позволяет этим решениям работать правильно, как показывают различные тесты различных компаний, главным препятствием к выходу на рынок и использованию таких беспилотников неизбежно является действующее законодательство, и регулирующие органы должны принять решение о рамках, которые они хотят принять для разработки регламента. Этот процесс проходит в разных стадиях по всему миру, поскольку каждая страна будет решать эту тему самостоятельно. Например, правительство Исландии и министерства транспорта, авиации, полиции уже начали выдавать лицензии на использование беспилотников. Он имеет снисходительный подход и вместе с Коста-Рикой, Италией, ОАЭ, Швецией и Норвегией имеет довольно неограниченное законодательство о коммерческом использовании беспилотников. Эти страны отличаются регулятивным органом, который может давать операционные руководящие принципы или требовать лицензирования, регистрации и страхования. С другой стороны, другие страны решили запретить, прямо (открытый запрет) или косвенно (эффективный запрет), использование коммерческих беспилотников. Таким образом, корпорация RAND проводит различие между странами, запрещающими использование беспилотников, и теми, которые имеют официальный процесс лицензирования коммерческих беспилотников, но требования либо невозможно выполнить, либо лицензии, по-видимому, не были утверждены. В США UPS является единственным, кто имеет сертификацию стандарта Part 135, которая требуется для использования дронов для доставки реальным клиентам.

Водные суда

Автономные лодки могут обеспечивать безопасность, проводить исследования или выполнять опасные или повторяющиеся задачи (например, направлять большой корабль в гавань или перевозить груз).

Морские машины

Sea Machines предлагает автономную систему для рабочих лодок. Хотя для контроля за его действиями требуется человек, система выполняет множество задач по восприятию и навигации, которые обычно должны выполнять несколько членов экипажа. Они используют ИИ для получения ситуационной осведомленности о различных судах на маршруте. Они используют камеру, лидар и собственное программное обеспечение, чтобы информировать оператора о его состоянии.

Автоматизация Буффало

Buffalo Automation, команда, сформированная из Университета Буффало, создает технологию для полуавтономных функций для лодок. Они начали создавать технологии навигационной помощи для грузовых судов под названием AutoMate, что было бы как иметь другого очень опытного "первого помощника", который будет присматривать за кораблем. Система помогает сделать изгибы и повороты в сложных водных путях.

Автономные морские системы

Эта компания из Массачусетса стала лидером в области беспилотных парусных дронов. "Датамаран" самостоятельно плавает, собирая данные о океане. Они созданы для обеспечения больших пакетов полезной нагрузки. Благодаря автоматизированной системе и солнечным панелям они могут ориентироваться в течение более длительного периода времени. Больше всего они могут похвастаться своими технологиями в области передовых метеоокеанских исследований, которые собирают "профили скорости ветра с высотой, течением воды, проводимостью, температурными профилями с глубиной, батиметрией с высоким разрешением, профилированием дна, измерениями магнитометра".

Сальдроны

Это автономное беспилотное судно использует солнечную и ветровую энергию для навигации.

DARPA

Sea Hunter - автономный беспилотный надводный корабль (USV), запущенный в 2016 году в рамках программы DARPA Anti Submarine Warfare Continuous Trail Unmanned Vessel (ACTUV).

Подводные лодки

Подводные транспортные средства были в центре внимания для автоматизации таких задач, как инспекция трубопроводов и подводная картография.

Пятна

Этот робот - четырёхногий быстрый робот, созданный для того, чтобы передвигаться по различным местностям, как на улице, так и в помещении. Он может ходить самостоятельно, не сталкиваясь ни с чем. Он использует множество различных датчиков, включая камеры 360 градусов и гироскопы. Он способен сохранять равновесие даже при толчке. Этот автомобиль, хотя и не предназначен для езды, может нести тяжелые грузы для строительных рабочих или военнослужащих по неровной местности.

Этические

Еще одна проблема, связанная с автоматизацией транспортных средств, - этические вопросы. В действительности, автономные транспортные средства могут столкнуться с неизбежными дорожно-транспортными происшествиями. В таких ситуациях необходимо принять много рисков и сделать расчеты, чтобы свести к минимуму ущерб, который может быть нанесен аварией. Когда водитель сталкивается с неизбежной аварией, он совершает спонтанные действия, основанные на этической и моральной логике. Однако, когда водитель не имеет контроля над транспортным средством (автономия уровня 5), система автономного транспортного средства должна принять это мгновенное решение. внедрение полностью автоматизированных транспортных средств в дорожном движении, где все еще присутствуют полуавтоматизированные и неавтоматизированные транспортные средства, может привести к множеству осложнений.