Исследователи предлагают четвертый свет на светофорах — для автопилотов
Инженеры-транспортники из Университета штата Северная Каролина теперь предлагают добавить на светофоры "белый свет", который позволит транспортным средствам на автопилоте контролировать транспортный поток и ситуацию на дороге. В вычислительном моделировании новый подход значительно сокращает время в пути через перекрестки и снижает расход топлива.
"Эта концепция, которую мы предлагаем для транспортных развязок, которую мы называем "белой фазой", использует вычислительную мощность самих автономных транспортных средств (AV). Концепция "белой фазы" также включает в себя новый сигнал светофора, чтобы водители знали, что они должны делать. Красный свет по-прежнему будет означать остановку. Зеленые огни все равно будут означать движение. А белые огни скажут водителям просто следовать за автомобилем впереди них, — говорит Али Хайбабайе, автор статьи и доцент кафедры гражданского строительства и экологической инженерии в штате Северная Каролина.
Концепция "белой фазы" основана на том факте, что AV могут связываться по беспроводной сети как друг с другом, так и с компьютером, управляющим сигналом светофора. Когда к перекрестку приближается достаточное количество AV, это активирует белый свет. Белый свет является сигналом того, что беспилотники координируют свое движение, чтобы обеспечить более эффективное движение через перекресток. Любые неавтоматизированные транспортные средства — управляемые человеком — просто обязаны следовать за транспортным средством перед ними: если машина перед ними останавливается, они останавливаются; если машина впереди них проезжает перекресток, они проезжают перекресток.
Когда слишком много транспортных средств, приближающихся к перекрестку, контролируют водители, а не автопилоты, светофор вернется к обычной схеме сигнала "зеленый-желтый-красный".
"Предоставление автономным транспортным средствам части управления потоком трафика — относительно новая идея, называемая парадигмой мобильного управления", — говорит Хайбабайе. — "Его можно использовать для координации трафика в любом сценарии с участием AV. Но мы считаем важным включить концепцию белого света на перекрестках, потому что она сообщает водителям, что происходит, чтобы они знали, что им следует делать, приближаясь к перекрестку. И, чтобы было ясно, цвет "белого света" не имеет значения. Важно, чтобы был сигнал, который водители четко идентифицируют".
Исследователи впервые представили концепцию транспортной развязки "белая фаза" в 2020 году. Однако эта первоначальная концепция основывалась на централизованном вычислительном подходе, когда компьютер, управляющий светофором, отвечал за получение данных от всех приближающихся AV, производил необходимые расчеты, а затем сообщал AV, как им следует двигаться через перекресток.
"Мы улучшили эту концепцию, и в этом документе описывается концепция" белой фазы", основанная на распределенных вычислениях — эффективное использование вычислительных ресурсов всех AV для управления потоком трафика. Это и более эффективно, и с меньшей вероятностью станет жертвой сбоев связи. Например, если есть прерывание или задержка связи со светофором, подход распределенных вычислений все равно сможет беспрепятственно обрабатывать поток трафика", — говорит Хайбабайе.
Чтобы проверить производительность концепции "белой фазы" распределенных вычислений, исследователи использовали микроскопические симуляторы трафика. Эти симуляторы представляют собой сложные вычислительные модели, предназначенные для воспроизведения реального трафика, вплоть до поведения отдельных транспортных средств. Используя эти симуляторы, исследователи смогли сравнить поведение трафика на перекрестках с белой фазой и без нее, а также то, как количество задействованных AV влияет на это поведение.
"Моделирование говорит нам о нескольких вещах, — говорит Хайбабайе. — Во-первых, AV улучшают транспортный поток вне зависимости от наличия "белой фазы". Во-вторых, если присутствуют AV, белая фаза еще больше улучшает поток трафика. Это также снижает расход топлива, поскольку сокращается количество остановок. В-третьих, чем выше процент трафика на перекрестке с "белой фазой", состоящего из AV, тем быстрее транспорт движется через перекресток и тем лучше показатели расхода топлива".
Когда только 10-30% трафика на перекрестке с белой фазой составляли автономные транспортные средства, моделирование показало, что в транспортном потоке произошли небольшие улучшения. Но по мере того, как процент AV на пересечениях "белых фаз" увеличивался, росли и преимущества.
"Тем не менее, даже если только 10% транспортных средств на перекрестке с "белой фазой" являются автономными, вы все равно увидите меньше задержек. Например, когда 10% транспортных средств являются автономными, вы видите, что задержки сокращаются на 3%. Когда 30% транспортных средств являются автономными, задержки сокращаются на 10,7%", — говорит Хайбабаи.
Исследователи признают, что AV не готовы принять новый подход к распределенным вычислениям завтра, и правительства не собираются устанавливать новые светофоры на каждом перекрестке в ближайшем будущем. Однако существуют различные элементы концепции белой фазы, которые можно было бы внедрить лишь с небольшими изменениями как в перекрестках, так и в существующих автономных транспортных средствах, чтобы начать тестировать этот подход в конкретных местах, считают исследователи.
Например, в портах наблюдается большой объем движения коммерческого транспорта, для которого транспортный поток особенно важен. Коммерческие автомобили, похоже, имеют более высокие показатели внедрения автопилотируемых транспортных средств, поэтому может быть возможность реализовать пилотный проект в этих условиях, что может принести пользу портовому движению и коммерческому транспорту.