К 2025 году городской ландшафт может существенно измениться благодаря внедрению технологии вождения без водителя, призванной сократить транспортный поток и повысить безопасность дорожного движения. Д-р Джеймс Фу и команда Альянса Сингапура и Массачусетского технологического института (MIT) по исследованиям и технологиям занимается внедрением инноваций в области автотранспортных технологий и изменением нашей манеры совершать ежедневные поездки.

Есть много причин владеть автомобилем; он обеспечивает водителю бóльшую мобильность и независимость, а для некоторых может даже стать символом общественного положения. Эти причины, в сочетании со все большей приемлемостью в ценовом отношении и доступностью привели к стремительному росту количества личных автомобилей – в 2010 году во всем мире насчитывалось 1,015 миллиарда автомобилей, и прогнозируется, что к 2035 году в эксплуатации будет находиться 1,7 миллиарда автомобилей. Такой рост негативно скажется на времени, затрачиваемом на поездку, при том что уже сейчас в Соединенных Штатах Америки среднестатистический человек, совершающий ежедневные поездки, тратит 38 часов в год, простаивая в пробках. Это весьма неожиданные данные, с учетом того, что среднестатистический автомобиль используется менее 10% времени. Кроме того, эти дополнительные транспортные средства ухудшат существующие статистические данные по безопасности: ежегодно во всем мире в результате дорожно-транспортных происшествий погибают 1,24 миллиона человек, при этом основными причинами дорожно-транспортных происшествий являются вождение в нетрезвом состоянии и невнимательное вождение, например обмен текстовыми сообщениями за рулем. Требуется изменить автотранспортные технологии, для того чтобы удовлетворить этот растущий спрос и повысить безопасность дорожного движения, но при этом сохранить свободы, связанные с владением автомобилем.

Я получил степень доктора философии в области машиностроения в Национальном университете Сингапура (NUS), разработав систему, позволяющую нескольким техническим средствам (или роботам) эффективно выполнять множество задач в глобальном масштабе. Это дало мне возможность присоединиться в 2013 году к исследовательской группе по вопросам будущей городской мобильности в рамках Альянса Сингапура и MIT по исследованиям и технологиям (SMART) – совместного проекта Массачусетского технологического института (MIT) и NUS, сформированного сообществом профессоров, постдокторантов, научно-технических работников и аспирантов – в качестве члена-постдокторанта. С того времени я стал руководителем проекта группы автономных транспортных средств.

Наша деятельность посвящена разработке основ “умного” транспортного средства, связанных с интеллектом и принятием решения, то есть тем, как транспортное средство воспринимает окружающую среду, как оно может различить, что к нему приближается какой-либо объект, и выполнить соответствующие действия. В этом исследовании существующие технологии объединяются с новыми методиками, чтобы обеспечить интеллектуальное вождение с использованием трех основных элементов – восприятия, планирования и управления. Перед нами стоит много сложных технических задач, как аппаратных, так и программных. И все же для меня это наиболее интересная часть проекта, поскольку, когда мы с моей командой находим новые надежно работающие методы, возникает ощущение большого удовлетворения.

Автомобили без водителей олицетворяют изменение нашей системы представлений о перевозках как с технологической, так и социальной точек зрения. Вместе с тем, реализация будущего автономного вождения зависит от ряда ключевых факторов, таких как культура, политическая воля, повышение осведомленности населения и получение признания пользователей.

Принцип действия: технология

Разработанная в течение шести месяцев аппаратная и программная архитектура, которая применяется в машине без водителя для гольфа, была воспроизведена в компьютеризованном транспортном средстве совместного пользования (SCOT) – электромобиле, преобразованном в транспортное средство без водителя, которое предназначено для автомобильных дорог общего пользования. В этой архитектуре предлагается простая концепция мобильности по запросу (MoD), в соответствии с которой интеллектуальные электромобили осуществляют вождение независимо от вмешательства человека, останавливаясь для посадки и высадки пассажиров. Данная транспортная система является гибкой и обеспечивает оптимальное соотношение между спросом и планированием в реальном времени.

Было совершенно удивительно в первый раз сесть в эту машину; казалось несколько невероятным, что можно уступить управление машине. При этом возникло потрясающее ощущение одновременного создания технологии и наблюдения за ее работой на дороге. Мы с моей командой были вне себя от счастья!

Первой серьезной задачей стал перевод вождения транспортного средства с ручного управления на “управление по проводам”, при котором управление основными функциями, приводящими транспортное средство в движение (руление, торможение, ускорение и переключение передач), осуществляется с помощью электрических сигналов. Для этого используются электромоторы.

Затем автомобиль был модернизирован с помощью серийно выпускаемых датчиков лазерного обнаружения и измерения дальности (лидаров). При стоимости в 30 тысяч долларов США за датчики и бортовые компьютеры эта технология является не только недорогой, но и обеспечивает поле зрения в 360 градусов (по сравнению с полем зрения человека в 100 градусов), которое дает информацию об объектах вокруг транспортного средства. Карты окружающего пространства создаются с использованием данных лидаров, а в бортовых компьютерах используются разработанные командой SMART алгоритмы распознавания трехмерного окружающего пространства с помощью двумерных изображений, полученных лидарами.

На крыше автомобиля установлен с наклоном вниз один лидар, позволяющий определять его текущее местоположение; зарегистрировав введенную пользователем информацию о месте назначения автомобиль планирует маршрут, исходя из своего текущего местоположения и предварительно установленной карты. Расположенный по направлению движения датчик обнаруживает препятствия, например пешеходов и другие транспортные средства. Для определения возможного появления динамических препятствий на пути автомобиля, используется упреждающий механизм, позволяющий автомобилю выполнить надлежащий маневр с учетом близости этого препятствия.

За счет этого повышается безопасность пешеходов и пассажиров и обеспечивается возможность передвижения автомобиля в густонаселенных районах, туннелях и других местах с плохими условиями приема сигналов глобальной системы определения местоположения (GPS). Кроме того, лидары функционируют при плохом освещении и умеренном дожде.

После оборудования автомобиля этой технологией в нем могут разместиться до четырех пассажиров. В настоящее время автомобиль прошел испытания при скорости автономного вождения на дорогах до 35 км/ч. Дальность поездки автомобиля на полном заряде, для обеспечения которого требуется 6–8 часов, составляет 100–130 км.

Каковы преимущества автомобилей без водителя?

Я уверен, что внедрение транспортных средств без водителя сделает транспортную систему более эффективной и при этом повысит ее безопасность. В первую очередь, автомобили без водителя могут решить проблему “первой и последней мили”, то есть расстояния между домом и началом транспортной сети, например автобусной остановкой или железнодорожной станцией, а также между окончанием транспортной сети и офисом. Кроме того, они снимают вопрос с возвратом, то есть передачей автомобиля следующему клиенту, совместно пользующемуся автомобилем, от предыдущего клиента без необходимости привлечения водителя.

Имитационные испытания также показали, что через перекрестки может проехать в два раза больше автомобилей без водителя, чем обычных автомобилей. Это может уменьшить заторы на дорогах − особенно в часы пик − и сократить выбросы парниковых газов, связанные с вождением в режиме непрерывных остановок и троганий. Однако самым большим преимуществом технологии вождения без водителя является возможность обслуживать несколько клиентов одновременно за счет интеллектуального выбора маршрута, что по оценкам уменьшает количество автомобилей на дороге на две трети.

Эта технология коренным образом меняет и ситуацию с дорожной безопасностью. Компьютеры не имеют эмоций, не устают за рулем, не отвлекаются на разговор по мобильному телефону и не водят в агрессивной манере: все это может существенно снизить смертность на дорогах. Бортовые датчики обнаруживают ситуацию, когда человек перебегает дорогу перед автомобилем без водителя, и немедленно осуществляют экстренное торможение. Еще одним преимуществом является доступность; люди, которые ранее были лишены возможности владения и пользования автомобилем, например пожилые, лица с ограниченными возможностями и молодежь, могут без проблем получить доступ к мобильности.

А самое главное, что автономные автомобили обеспечивают улучшенное восприятие пользователем.

Эксперимент: китайский и японский сады, Сингапур

Бóльшая часть исследовательской работы была проведена в кампусе NUS. В 2011 году была успешно введена в эксплуатацию одна автономная машина для гольфа, а в 2014 году автопарк был расширен; в него вошли один электромобиль и две дополнительные машины без водителя для гольфа.

Чтобы лучше понять возможности и проблемы, связанные с технологией вождения без водителя, группа SMART использовала две автономные машины для гольфа, оснащенные технологией SMART, в китайском и японском садах в районе Джуронг-Лейк в Сингапуре. Этот эксперимент позволил нам продемонстрировать технологию, показать концепцию MoD и повысить осведомленность населения. В течение шести дней при двух выходных в период с 23 октября по 1 ноября 2014 года мы наблюдали за тем, как пассажиры и пешеходы взаимодействуют с технологией. Люди могли заказать поездку в 10 заранее определенных мест и из них, используя онлайновую систему бронирования. Связь между транспортными средствами позволяла машинам для гольфа интеллектуально выбирать маршрут, давая им возможность определять взаимное расположение, чтобы избежать совпадающих маршрутов и обеспечить эффективное использование.

Первоначально мы планировали, что посадку в машины и высадку из них совершат около 100 человек. Но в действительности эти транспортные средства перевезли более 500 человек, совершив свыше 220 поездок дальностью 360 км – временами люди ждали до двух часов, чтобы только осуществить поездку. Достаточно сказать, что публичная демонстрация технологии прошла с огромным успехом! Было чрезвычайно приятно увидеть, что очень многие пользуются ей, и получить положительные отклики. При этом многие люди выразили надежду, что когда-нибудь она станет частью транспортной системы.

Будущие задачи и наличие на рынке

Я твердо убежден, что широкое использование автомобилей без водителя пойдет на пользу обществу и повысит качество жизни, особенно в густонаселенных районах, таких как Сингапур. Тем не менее, хотя экспериментальное испытание в китайском и японском садах принесло весьма положительные результаты, трудно предугадать, когда транспортные средства без водителя получат широкое распространение в повседневной жизни, поскольку здесь задействовано много составляющих. Окружающее пространство должно быть подготовлено к их интеграции; правительства должны проявить дальновидность и внедрить в жизнь общества необходимые технологии, например заправочные станции и сетевую инфраструктуру, которая обеспечит возможность взаимодействия между транспортными средствами и людьми, а также внести необходимые изменения в будущий процесс городского планирования.

Необходимо повысить осведомленность населения, чтобы люди – как пассажиры, так и пешеходы – нормально относились к технологии вождения без водителя. Задача состоит в том, чтобы разъяснить аспекты повышения безопасности, связанной с автономными автомобилями, а также отказа от принципа единоличного владения транспортным средством. Автомобили будут функционировать как часть сети общественного транспорта, с помощью которой люди смогут заказывать или вызывать автомобиль через онлайновое приложение: после того, как автомобиль доставит вас к месту назначения, он уедет и заберет другого ожидающего пассажира. Ожидается, что постоянная мобильность автономных транспортных средств уменьшит количество автомобилей на дороге на одну треть от существующего количества. Поэтому сейчас мы занимаемся определением возможности действенного и эффективного масштабирования этой технологии.

Сингапур как город с чрезвычайно высокой плотностью населения – в 2013 году на площади в 700 км2 проживало 5,5 миллиона жителей, а в эксплуатации находилось свыше 974 тысяч транспортных средств – активно изучает возможность интеграции автономных транспортных средств в транспортную систему. В связи с недавним объявлением о превращении района Уан-Норт в открытую испытательную площадку для автономных транспортных средств, следующим шагом нашей группы станет испытание существующих возможностей нашего транспортного средства и продолжение исследований в области дорог общего пользования. Внедрение результатов текущих исследований, таких как эта технология, позволит нам улучшить механизмы реагирования на ожидаемое поведение пешеходов и дополнительно развить способности транспортного средства понимать дорожную инфраструктуру, например разметку, дорожное движение и знаки приоритета.

В целом, я надеюсь, что в течение следующих трех лет мы сможем осуществить первоначальное развертывание в какой-либо форме и что, по-видимому, к 2025 году общество получит транспортные средства без водителя, интегрированные в транспортную систему. Впереди еще немало работы, но мы движемся к своей цели.