Автоматический подсчет пассажиров в беспилотных пассажирских транспортных средствах

Технологические аспекты перевозки пассажиров на маршрутах городского общественного транспорта с применением беспилотных транспортных средств, а также роль информации о наполнении салона и количестве входящих/выходящих пассажиров в режиме реального времени для обеспечения процесса перевозки пассажиров в эпоху развития цифровых технологий на транспорте и создания транспорта будущего. О новых технологиях рассказали кандидат технических наук, доцент кафедры «Транспортная телематика» Московского автомобильно-дорожного технического университета (МАДИ) Александр Кудрявцев и региональный директор iris-GmbH в России и странах СНГ (ООО «ИРИС РУС») Мишель Франсуа Фумби.

Транспорт вообще и коммерческий транспорт в частности сегодня является драйвером развития цифровых технологий в направлении создания транспорта будущего — автомобилей без водителя. Первые шаги уже сделаны — современные частные и коммерческие автомобили (к которым мы причисляем и подвижной состав городского автомобильного и наземного электрического транспорта) сегодня оснащаются системами помощи водителю с различным уровнем автоматизации по SAE J3016, облегчая управление транспортным средством (ТС) и повышая безопасность дорожного движения.

В части перехода к автоматическому управлению пассажирских транспортных средств, сегодняшние достижения автомобильной индустрии касаются в основном внедрения точечных систем помощи водителю типа «антисон» и систем контроля слепых зон. Основным локомотивом по автоматизации движения общественного транспорта являются системы скоростного общественного транспорта по выделенной полосе (Bus Rapid Transport) в силу наличия выделенной полосы движения, которая резко упрощает алгоритмы автоматического управления пассажирским ТС. Однако, имеющихся наработок не достаточно, чтобы в самом ближайшем будущем исключить водителя как фактор потенциальной аварийности из контура городских пассажирских перевозок. Кроме того, автоматическое движение пассажирского транспорта по маршруту подразумевает решение некоторых специфических задач, присущих только маршрутным перевозкам пассажиров.

Этапы технологии пассажирских перевозок в контексте создания высокоавтоматизированных единиц общественного транспорта или подвижного состава без водителя.

Исходно планирование работы общественного транспорта (составление расписания) и диспетчерское управление нацелены на перевозку пассажиров с максимальным качеством при заданном спросе на перевозку по часам суток и при имеющемся количестве подвижного состава. В частности, максимальное качество обслуживания подразумевает минимизацию наполнения салона и времени ожидания пассажиров на остановочном пункте. Отказ от водителя в будущем требует автоматизации двух групп технологических операций, которые сегодня выполняет водитель.

1. Движение  беспилотных пассажирских транспортных средств (БПТС) по маршруту.

Автоматизация процесса движения подразумевает не только безопасное руление, как в случае с частными автомобилями, но и движение в соответствии к упомянутым выше критерием качества пассажирских перевозок. Для этого перед началом движения по трассе маршрута производится расчет планового времени отправления с каждого остановочного пункта. Дополнительно, перед отправлением с каждого остановочного пункта времена прибытия/отправления пересчитываются, а также производится расчет скоростной эпюры движения между текущим и следующим остановочными пунктом маршрута. Сегодня в диспетчерских системах применяется комбинированный вариант контроля — по контрольным пунктам и по линии маршрута. Наличие водителя в кабине пассажирского ТС запрещает напрямую корректировать режим его движения по маршруту управляющими воздействия из центра контроля. Диспетчерское регулирование сегодня предусмотрено только на конечных пунктах маршрута за счет изменения времени межрейсовых отстоев и изменения планового режима работы. При автоматическом управлении движением пассажирского ТС появляется возможность вмешиваться также и в процесс движения по маршруту между остановочными пунктами.

При расчете скоростной эпюры движения между остановочными пунктами следует иметь ввиду следующие ограничивающие факторы:

• физические ограничения по динамике разгона и торможения, специфичные для пассажирского ТС;
• ограничение скорости на непрямолинейных участках — плавные повороты дороги или повороты на перекрестках;
• фактор дорожного трафика при движении пассажирского транспортного средства в общем потоке;
• заданное системой диспетчерского управления плановое время прибытия на остановочный пункт.

2. Автоматизация процесса открывания/закрывания дверей пассажирского ТС.

Основная специфика работы БПТС по сравнению с личным беспилотным автомобилем заключается в необходимости реализовать автоматическую функцию закрывания дверей. Ниже в статье приводится описание разработанного авторами алгоритма принятия решения об автоматическом закрывании дверей перед отправлением с остановочного пункта.

Далее рассмотрены аспекты автоматизации отдельных технологических операций, выполняемых водителем в процессе перевозки пассажиров.

1. Автоматизация процесса разгона/торможения пассажирского ТС.

Рассмотрим требования к ограничениям по динамике разгона/торможения пассажирского ТС. Авторы предлагают при расчете указанных величин учитывать загруженность салона. От количества находящихся в салоне пассажиров и количества сидячих мест зависит величина комфортного разгона и торможения. В частности, если салон наполнен не более, чем на количество мест для сидения, разгон и торможение можно производить более резко, чем при наличии стоящих пассажиров. Таким образом, в процессе разработки беспилотного пассажирского ТС, необходимо экспериментальным путем определить пороговые значения для четырех параметров:

aPosSit — ускорение при разгоне, при условии отсутствия стоячих пассажиров в салоне;
aPosStand — ускорение при разгоне при условии заполненности салона, при котором имеются стоящие пассажиры в процессе движения;
aNegSit — ускорение при торможении, при условии отсутствия стоячих пассажиров в салоне;
aNegStand — ускорение при торможении, при условии заполненности салона, при котором имеются стоящие пассажиры в процессе движения.

Необходимо учесть также, что торможение перед остановочным пунктом необходимо производить с ускорением, не более aNegStand, так как пассажиры, заранее готовясь к высадке, принимают положение «стоя» незадолго перед подъездом к остановочному пункту.

Таким образом, перед беспилотным пассажирским ТС стоит задача определения наполнения салона перед началом движения от остановочного пункта с максимальной точностью. Такое требование к точности обусловлено накоплением ошибки подсчета при удалении пассажирского ТС от начальной остановки маршрута, где наполнение салона априори нулевое.

2. Автоматизация движения в поворотах и на нерпямолинейных участках маршрута.

Рассмотрим следующие факторы, влияющие на скоростное ограничение при движении в поворотах и на непрямолинейных участках маршрута:

• дорожные искривления (вычисляется на основе средств геоинформатики);
• количество пассажиров в салоне.

Таким образом, помимо информации о наполнении салона необходимо определить предельно допустимые скоростные параметры движения высокоавтоматизированного пассажирского ТС, поскольку отдельно требуется исследовать вопрос комфортных предельных ускорений, которые будут воздействовать на стоящего и сидящего пассажира при изменении вектора скорости, т. е. построить зависимость функции скорости от угловых ускорений.

Описанные ограничения на максимальную скорость и ускорение пассажирского ТС формируют предельно (минимально) возможное время прибытия транспорта на следующий остановочный пункт. Исходя из того — есть ли запас по времени прибытия на следующий остановочный пункт или нет, вторым этапом строится эпюра планового разгона/торможения (рис. 1)

Рисунок 1 — Схематичное графическое представление результата расчета предельной и плановой скорости между соседними остановочными пунктами

ОП4, ОП5 — обозначение соседних остановочных пунктов маршрута ГПТ;

1. область разгона при движении от остановочного пункта 4 (ОП4);
2. область равномерного движения по участку;
3. область торможения перед участком УДС с более плотным движением, перед котором необходимо сбросить скорость;
4. движение по участку УДС с более плотным движением;
5. разгон на прямолинейном участке;
6. движение по прямолинейному участку;
7. торможение перед съездом на второстепенную улицу;
8. маневр поворота на второстепенную улицу;
9. движение до остановочного пункта 5 (ОП5).

В расчет плановой скорости пассажирского ТС требуется дополнительно включать прогноз фактической скорости с учетом фактического дорожного трафика, который может дополнительно ограничить скорость движения. Таким образом, прогноз наличия ограничений со стороны транспортного потока является еще одной научной и практической задачей, которую необходимо решать в рамках разработки технологии перевозки пассажиров беспилотными пассажирскими транспортными средствами. Одним из путей решения данной задачи может быть сбор статистики по помехам, которые оказывает дорожный трафик на беспрепятственное движение пассажирского ТС. Сбор и отправка таких данных в реальном времени в специализированный модуль центральной диспетчерской системы позволит централизованно и оперативно определять ограничения скорости транспортного потока по участкам перегонов маршрутной сети.

3. Открывание/закрывание дверей пассажирского ТС.

Следующей специфической для пассажирского транспорта задачей, которая должна решаться в автоматическом режиме, — это открывание/закрывание дверей. При отсутствии водителя, функция контроля процесса посадки/высадки пассажиров и открывания/закрывания дверей пассажирского ТС должна быть полностью автоматической. Открывать двери должны сами пассажиры, желающие войти или выйти из салона транспорта. Справедливости ради необходимо отметить, что с недавнего времени автобусы ГУП «Мосгортранс» открывают двери лишь в том случае, если пассажир нажимает соответствующую кнопку, расположенную на дверях транспортных средств со стороны салона или со стороны улицы. Принятие же решения о закрытии дверей должен принимать сам подвижной состав, ожидать от пассажира сознательности в этом вопросе не стоит. Таким образом, необходимо техническое решение, которое может определить свободен ли дверной проем для закрывания дверей или нет. На сегодняшний день на рынке присутствует техническое решение — датчик автоматического подсчета пассажиров, на базе которого возможно решение указанной задачи (Рис. 2).

Рисунок 2 — Бесконтактный датчик автоматического открытия/закрытия дверей с функцией контроля области дверного прохода Irma MATRIX.

Данное устройство, как и любой другой датчик автоматического подсчета пассажиров, располагается в оптимальном для задачи мониторинга занятости дверного проема месте — около дверей, над головой пассажира. Задача ближайшего времени — встроить функциональность мониторинга дверного проема транспорта в CAN-шину транспорта и интегрировать информационную посылку от датчика о статусе дверного проема в управляющий контур открывания/закрывания дверей беспилотного автобуса/троллейбуса/трамвая/электробуса.

Физический принцип работы указанного датчика подсчета пассажиров полностью аналогичен работе лидаров — устройств, которые используются при автоматизации процесса вождения автомобиля. Лидар работает в инфракрасном спектре, испуская лучи света с определенной фазовой модуляцией, которая позволяет чувствительной матрице в центре корпуса принимать отраженный от объектов модулированный луч и измерять таким образом расстояние от источника инфракрасного спектра до объекта в независимых точках, строя таким образом карту глубин (рис. 3).

Рисунок 3 — Пример построения карты глубин датчиков подсчета пассажиров

Сегодняшняя версия таких сенсоров оцифровывает дверной проем 500-ми точек. Следующее поколение сенсоров будет оперировать примерно 60 000-ми точками. Этого более, чем достаточно, чтобы «научить» алгоритм в датчике понимать когда можно закрыть дверь и есть ли еще желающие войти, находящиеся на остановочной площадке перед транспортным средством. Схема сопряжения механизма открывания/закрывания дверей и датчиков мониторинга дверного проема через бортовой компьютер, которая должна появиться в ближайшее время на пассажирском транспорте, представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Схема расположения элементов автоматического открывания / закрывания дверей на остановочном пункте

Таким образом, подвижной состав без водителя должен уметь считать пассажиров с высокой точностью для определения количества пассажиров в салоне перед отправлением от остановочного пункта, а также производить мониторинг дверного проема на предмет возможности автоматического закрытия дверей.

4. Построение дополнительных информационных сервисов для пассажиров.

В случае повсеместного оснащения подвижного состава датчиками автоматического подсчета пассажиров, которое гарантированно случится при переходе на беспилотные технологии, становится возможным решение дополнительной задачи, которая позволит сделать городской пассажирский транспорт более привлекательным, — а именно информирование пассажира о загрузке салона на электронной карте наряду с его местоположением — в мобильном приложении или на портале общественного транспорта.

Необходимо отметить, что ждать наступления беспилотной эры для начала разработки указанного сервиса совсем не обязательно. Санкт-Петербург уже заложил наличие систем автоматического подсчета пассажиров в условия ближайшего брутто-контракта, а в г. Пермь и Тверской области оснащенные системами автоматического подсчета пассажиров автобусы ездят по брутто-контракту уже с 2020 года. Таким образом, непосредственно подвижной состав готов поставлять данные для информационного сервиса «прогноз наполнения салона приближающегося к остановке». Данные о местоположении общественного транспорта в открытом доступе уже сегодня позволяет предоставить во многих городах России информационные сервисы по прогнозу прибытия транспорта на выбранный остановочный пункт. Логичным расширением такого сервиса является отображение загруженности салона, которое позволяет пассажиру заранее выбрать из нескольких подходящих к остановке единиц транспорта самое незагруженное.

Задача расчета прогнозного наполнения салона делится на два этапа.

Этап 1: Расчет фактического наполнения салона в текущий момент времени. Данный расчет производится на основе измеренного количества вошедших и вышедших от начала рейса пассажиров.

Этап 2: Из полученного количества пассажиров в салоне необходимо вычесть пассажиров, которые выйдут на остановке, на которой ожидает транспорт пассажир — пользователь мобильного информационного сервиса. Схема работы подсистемы прогноза наполнения салона представлена на рис. 5.

Рисунок 5 — Алгоритм работы подсистемы прогноза наполнения салона.

Обозначенные в статье преимущества беспилотного пассажирского транспорта над транспортом с водителем показывают существенную экономию на количестве подвижного состава и большей простоте диспетчерского управления в процессе перевозки пассажиров по маршруту. В результате, удорожание высокоавтоматизированного и беспилотного подвижного состава оправдано большей эффективностью его эксплуатации. Технологические операции, которые необходимо автоматизировать при отсутствии водителя, указывают на определенный объем дополнительной работы по сравнению с автоматизацией движения частного или коммерческого транспорта, независимо от остальных участников движения перевозящих пассажиров или грузы из точки А в точку В.

Перечислим кратко эти технологические операции:

• высокоточная оцифровка трасс маршрутов ГПТ с использованием лидаров в трех измерениях с привязкой к абсолютным координатам и относительным координатам, получаемым через распознавание сцен с лидара;
• построение расписаний движения на основе параметров качества перевозки пассажиров без учета времен труда и отдыха водителей по каждому остановочному пункту;
• автоматическое диспетчерское управление (расчет времени стоянки, момента отправления и скорости движения по перегону между остановочными пунктами);
• автоматическое движение между остановочными пунктами в потоке и в соответствии с плановым временем прибытия на остановочные пункты;
• автоматический процесс принятия решения о закрывании дверей по окончанию процесса посадки/высадки пассажиров

Возврат к списку