Klaudia Przybysz - Politechnika Gdańska

III Krakowska Ogólnopolska Konferencja Naukowa Transportu „KOKONAT”
Kraków, 21-22 kwietnia 2016r.
Klaudia Przybysz
Politechnika Gdańska, ul Gabriela Narutowicza 11/12, 80 – 233 Gdańsk
tel.: 513389347, email: [email protected]
INFRASTRUKTURA PRZYSTOSOWANA DO POJAZDÓW
AUTONOMICZNYCH
Streszczenie: W artykule przedstawiono skrócony opis działania pojazdów autonomicznych i ich
wpływ na infrastrukturę drogową oraz bezpieczeństwo jej użytkownika, a także ich zalety i wady.
Zaprezentowane zostały możliwości zmian zastosowanych w infrastrukturze tj zwiększenie
przepustowości dróg przy jednoczesnym zwężeniu pasów ruchu, ujednolicenie infrastruktury we
wszystkich krajach, po których mają poruszać się takie pojazdy, a także zmiany prawne. Zwrócono
uwagę na trzy następujące koncepcje rozwoju : Wyodrębnienie osobnych tras dla pojazdów
autonomicznych, Wyodrębnienie pasów przystosowanych do pojazdów „samoświadomych”, Integracja
pojazdów tradycyjnych z autonomicznymi w obrębie jednej infrastruktury.
Słowa kluczowe: pojazdy autonomiczne, samochody samosterujące, infrastruktura drogowa pojazdów
autonomicznych
Pojazd autonomiczny - wprowadzenie
Koncepcja stworzenia powszechnie dostępnego samosterującego pojazdu jest rozwiązaniem
nowatorskim, jednakże w perspektywie czasowej bardzo realnym. Wiele koncernów już
stworzyło lub tworzy własne samoświadome samochody, aczkolwiek nie są one odpowiednio
przygotowane do ruchu drogowego. Prekursorem został stan Nevada w USA gdzie pojazdy
autonomiczne dopuszczone zostały do testów w warunkach drogowych [6]. Zapotrzebowanie
na tego typu pojazdy występuje nie tylko z uwagi na komfort kierowcy – pasażera, jest to
również ogromna szansa dla osób o ograniczonej mobilności [3] oraz perspektywa poprawy
bezpieczeństwa na drogach [8]. Przedstawiona technologia znajdzie szerokie pasmo
zastosowań w transporcie indywidualnym oraz publicznym, w transporcie ładunków [14],
a także w przemyśle militarnym. Pojazdy autonomiczne, przy zastosowaniu w projektach
zróżnicowanych systemów naprowadzających oraz różnorodnych rozwiązań technologicznych
znacząco różnią się między sobą, jednak realizują wspólne założenia scharakteryzowane
w dalszej części rozdziału.
1.1.Wizja zero i bezpieczeństwo użytkownika drogi
Proces integracji bezpieczeństwa transportu jest obecnie priorytetem badań ekspertów.
Powstały specjalistyczne programy badawcze tj. Gambit [9], Zeus [10]. Poprawa
bezpieczeństwa użytkownika drogi, zarówno korzystającego z pojazdu, jak i pieszego jest
obecnie głównym celem badań. Przykładem może być szwedzka Wizja Zero [1], polityka
transportowa zakładająca, iż system transportu nie powinien powodować wypadków
śmiertelnych oraz powodujących ciężkie obrażenia. Pojazdy samosterujące spełniają kryteria
rozwiązania problemu, ponieważ wykluczają najbardziej zawodny element systemu –
człowieka. Zamiana reakcji ludzkiego oka na niezawodne czujniki lub lasery jak w przypadku
systemu LiDAR [11], eliminuje skutki błędów człowieka za kierownicą.
1.2. Systemy Vehicle To Vehicle (V2V) i Vehicle To Infrastructure (V2I)
Komunikacja między pojazdami stanowi fundament poprawy bezpieczeństwa na drogach [13].
Systemy V2V i V2I służą usprawnieniu efektywności ruchu drogowego, warunków jazdy,
a także udoskonaleniu mobilności oraz bezpieczeństwa [13]. Pojazd autonomiczny dzięki
komunikacji z poszczególnymi samochodami oraz z infrastrukturą będzie w stanie odczytać
komunikaty z infrastruktury i dostosować się do zawartych w niej informacji, przepisów,
ograniczeń prędkości lub komunikatów. Natomiast łączność z innym pojazdem zapewni
209
III Krakowska Ogólnopolska Konferencja Naukowa Transportu „KOKONAT”
Kraków, 21-22 kwietnia 2016r.
bezpieczeństwo w przypadku niespodziewanych sytuacji tj. awaryjne hamowanie lub
niespodziewane zachowanie innego użytkownika drogi, co pozwoli uniknąć kolizji lub
wypadku.
2. Propozycje dostosowania infrastruktury drogowej
Obecnie pojazdy autonomiczne dostosowywane są do istniejącej już infrastruktury drogowej.
Najważniejsze jest jednak odzwierciedlenie infrastruktury w urządzeniu nawigacyjnym.
Systemy sterujące pojazdem, za pomocą czujników oraz kamer są w stanie odczytać sygnały
z oznakowania drogi, jednak potrzebują szczegółowych danych o całej dostępnej przestrzeni,
aby dokonać porównania stanu istniejącego ze stanem zapisanym w bazie nawigacji. Czujniki
pojazdu wychwytują i analizują niezgodności, by zareagować na nieznaną przeszkodę,
przeważnie wykorzystując informacje zawarte w zaprojektowanych dla pojazdów
autonomicznych mapach nawigacji trójwymiarowej [7]. Prekursorem w dziedzinie tworzenia
tego typu map jest firma TomTom. Stworzone przez nich systemy RoadDNA oraz mapy HAD
(Highly Automated Driving) umożliwiają lokalizację pojazdu, zarówno przy dużej prędkości,
jak i w trudnych warunkach pogodowych, dostarczając szczegółowy (co do centymetrów)
i zoptymalizowany obraz trasy, by pojazd mógł porównać go z obrazem z kamer i czujników
[7].
Rys.1.TomTom RoadDNA (źródło: [7])
Rys.2. MapyTomTom HAD (źródło: [7])
Obecna infrastruktura drogowa teoretycznie dostosowana jest do wspólnego ruchu
pojazdów „samoświadomych” oraz pojazdów konwencjonalnych, czyli stanu przejściowego.
Jednakże uwarunkowania prawne mogą stanowić główny problem współdzielenia
210
III Krakowska Ogólnopolska Konferencja Naukowa Transportu „KOKONAT”
Kraków, 21-22 kwietnia 2016r.
infrastruktury w praktyce [6]. Kolejny rozdział jest omówieniem zakładanych koncepcji
rozwoju infrastruktury.
3. Zakładane koncepcje rozwoju infrastruktury drogowej dla pojazdów autonomicznych
Obecnie pojazdy samoświadome są projektowane i dostosowywane do aktualnie istniejącej
infrastruktury drogowej. Jednakże wciąż rosnące zainteresowanie i szybki rozwój technologii
tego typu pojazdów będą prowadzić do stworzenia dostosowanej inteligentnej infrastruktury
komunikującej się z autonomicznym pojazdem. Początkiem realizacji tej koncepcji zajął się
amerykański koncern Delphi tworząc system V2E (vehicle to everything) [2]. Łączy on
założenia systemów V2V i V2I, poszerzając je o nowe aspekty tj. komunikacja pojazdu
z sygnalizacją świetlną, znakami drogowymi, a nawet pieszymi.
Najpoważniejszym problemem wspólnej infrastruktury dla pojazdów konwencjonalnych
oraz autonomicznym jest rozwiązanie problemów prawnych. Rozwiązanie to wymaga
opracowania wspólnych przepisów dotyczących pojazdów samoświadomych dla wszystkich
krajów, podjęcia decyzji etycznych, a także kto ponosi winę za spowodowanie wypadku:
producent pojazdu, producent systemu zastosowanego w pojeździe, czy jednak kierowcapasażer [6]. Problem stanowi również nieustanna kontrola systemów zewnętrznych nad
pojazdem, możliwość namierzenia danego pojazdu w każdej chwili [6].
3.1. Integracja pojazdów tradycyjnych z autonomicznymi w obrębie jednej
infrastruktury
W przypadku współdzielenia infrastruktury przez pojazdy konwencjonalne i inteligentne, to
pojazdy autonomiczne muszą dostosować się do ograniczeń. Powinny poruszać się ze znacznie
mniejszą prędkością, w fazie testów prędkość wynosiła zaledwie 40 km/h. Barierą jest również
odpowiedzialność prawna [6], prawo diametralnie różni się dla pojazdów tradycyjnych
i samosterujących. Jednak głównym problemem współużytkowania infrastruktury drogowej
przez oba typy pojazdów jest całkowicie różne pojmowanie infrastruktury po której się
poruszają[7]. Kierowcy pojazdów konwencjonalnych największą wagę przywiązują do tego,
co widzą. Sprzyjające warunki atmosferyczne oraz dobry stan nawierzchni są często dla
kierowcy ważniejsze niż ograniczenia prędkości i informacje zawarte na znakach drogowych
[15]. Natomiast podstawą działania pojazdu samoświadomego jest dostosowanie do przepisów
drogowych. Bazuje on na sygnałach z infrastruktury zawartej w systemie nawigacyjnym
i jedynie porównuje ją z zaistniałym stanem drogi. Najważniejsza przy współdzieleniu tej
samej infrastruktury będzie komunikacja między pojazdami, więc przeważy tu system V2V.
Prawdopodobnie wspólna infrastruktura będzie pełniła funkcję testów pojazdów
autonomicznych na szerszą skalę, w czasie gdy procent tego typu pojazdów na drogach będzie
niewielki.
3.2. Wyodrębnienie pasów przystosowanych do pojazdów „samoświadomych”
Częściowa separacja ruchu pojazdów autonomicznych od konwencjonalnych może być
kolejnym etapem prac nad inteligentną infrastrukturą. Fragmenty tras wydzielone dla pojazdów
samoświadomych będą przystosowane do komunikacji pojazdu z infrastrukturą. W pełni
przetestowany zostałby system V2I w rzeczywistych warunkach drogowych bez komplikacji
związanych z ruchem „mieszanym”. Pasy ruchu dostosowane do pojazdów autonomicznych
zostałyby zwężone, ponieważ inteligentne pojazdy z większą efektywnością wykorzystują
mniejszą przestrzeń. Ograniczenie sposobności kolizji lub wypadku między pojazdami obu
kategorii, będzie kolejnym etapem w rozwiązaniu problemów legislacyjnych [6]. Jednym
z działań podjętych przy pracy nad inteligentną infrastrukturą będzie również zmniejszenie
liczby znaków drogowych - system samochodu „zapamięta” raz widziany znak – komunikat
w przeciwieństwie do człowieka.
211
III Krakowska Ogólnopolska Konferencja Naukowa Transportu „KOKONAT”
Kraków, 21-22 kwietnia 2016r.
3.3. Wyodrębnienie osobnych tras dla pojazdów autonomicznych
Całkowita separacja ruchu pojazdów autonomicznych od konwencjonalnych może nastąpić,
gdy pojazdy tego typu będą już powszechnie dostępne, ze względów ekonomicznych oraz po
odpowiednio dostosowane do ruchu na drogach. Zatwierdzony zostanie brak ograniczeń
wynikających z technologii lub podstaw prawnych. Zawansowana forma komunikacji między
pojazdem samoświadomym, a infrastrukturą zaowocuje zmianami w wyglądzie
i funkcjonowaniu miasta. Wpłynie to na lepsze wykorzystanie przestrzeni urbanistycznej oraz
wzrost przepustowości na drogach [12]. Inteligentny samochód będzie w stanie
zasygnalizować swój przejazd przez wybrane skrzyżowanie w danym kierunku. System
zarządzający infrastrukturą, dostając takie komunikaty dostosuje cykl sygnalizacji świetlnej do
aktualnego zapotrzebowania, bez użycia kamer czy pętli indukcyjnych [12]. Biorąc pod uwagę,
że przeważnie pojazdy autonomiczne mają napęd ekologiczny znacząco spadnie poziom hałasu
związanego z transportem.
4. Podsumowanie
Szybki rozwój technologii samochodów autonomicznych oraz ogromne zainteresowanie firm
i koncernów tworzeniem własnych tego typu pojazdów wskazuje, iż przyszłością transportu są
właśnie inteligentne technologie na drodze. Jest to szansa na zwiększenie ekologicznego
myślenia oraz poprawę bezpieczeństwa na drogach. Zaletą jest również poprawa mobilności
osób niepełnosprawnych oraz starszych, a także korzystny wpływ na tereny zurbanizowane –
ograniczenie hałasu, mniejszą terenochłonność. Jednakże kierunek rozwoju infrastruktury
przystosowanej do pojazdów autonomicznych nie jest jednoznaczny, gdy tworzone i testowane
są dopiero pierwsze tego typu pojazdy. Obecnie opracowano zaledwie koncepcje ewentualnego
dostosowania infrastruktury do wspólnego ruchu zarówno pojazdów inteligentnych, jak
i konwencjonalnych Można jedynie spekulować jak będzie wyglądała droga po której poruszać
się mogą jedynie pojazdy samoświadome.
Bibliografia
[1] Choromański W., Systemy transportowe PRT, Warszawa 2015
[2] Delphi V2E - nowy system komunikacji samochodów autonomicznych
(http://technowinki.onet.pl/ – dostęp: 28.02.2016r)
[3] Ekomobilność - Ekosamochód (http://eco-mobilnosc.pw.edu.pl – dostęp: 28.02.2016r)
[4] Gaca S. Suchorzewski W.,Tracz M., Inżynieria ruchu drogowego, WkiŁ, Warszawa 2008
[5] Jastrzębska G., Odnawialne źródła energii i pojazdy proekologiczne, Warszawa 2007
[6] Maurer M., Gerdes J.Ch., Lenz B., Winner Hrsg H., Autonomes
Fahren Technische, rechtlicheund gesellschaftliche Aspekte, Springer Vieweg ,2015 (rozdziały
I-4,II – 8,III – 19, IV)
[7]Pobocha B., Rozwiązania dla autonomicznych samochodów przyszłością branży
nawigacyjnej, Nawigacja samochodowa & Connected Car, 2015
(http://www.lokalizacja.info/pl/– dostęp: 28.02.2016r)
[8] Praca zbiorowa pod redakcją Ryszarda Krystka, Zintegrowany system bezpieczeństwa
transportu – Synteza, Warszawa 2010
[9] Projekt badawczy Gambit (http://www.gambit.fril.org.pl/– dostęp: 28.02.2016r)
[10]Projekt Zeus ( http://www.e-zeus.eu/– dostęp: 28.02.2016r)
[11] Stereńczak K., Lotniczy skaning laserowy(LIDAR) w badaniach na rzecz ochrony
przyrody, Studia i Materiały Centrum Edukacji Przyrodniczo-Leśnej, R. 11. Zeszyt 2 (21) /
2009
[12]Szymczak M., W oczekiwaniu na autonomiczne samochody. Czy spełnią oczekiwania
kierowców i jak wpłyną na miasta?, Transport Miejski i Regionalny 2013 nr 10
[13]Torrent – Moreno M.,Mittag J., Santi P., Hartenstein H. , Vehicle-to-Vehicle
Communication: Fair Transmit Power Control for Safety-Critical Information, IEEE
TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, FEBRUARY 2009
212
III Krakowska Ogólnopolska Konferencja Naukowa Transportu „KOKONAT”
Kraków, 21-22 kwietnia 2016r.
[14]Typiak A., Bezzałogowy pojazd lądowy o wysokiej mobilności do transportu ładunków
spaletyzowanych, Czasopismo Logistyka 2011, nr 3
[15] Wojtytko D.,Madejski R.,Wierzba A.,Analiza zagrożeń w środowisku pracy kierowcy
i ich wpływ na poziom bezpieczeństwa drogowego, Czasopismo Logistyka 2014, nr 3
AUTONOMOUS CAR INFRASTRUCTURE
Summary: The article presents a short description of autonomous vehicle and its impact on road
infrastructure, the safety of vulnerable and other road users, advetages and disadventages of driverless
car. The presented possibility of changes in infrastructure, for example the enhancement of road
capacity, narrowing the lanes, one infrastructure for all countries and the legislative amendments.
Attention is drawn to the three conceptions of development: Separated roads for driverless vehicles,
Separated lanes for driverless vehicles, One infrastructure for autonomous and conventional vehicles.
Keywords: autonomous car, driverless car, autonomous car infrastructure
213