J. Pawelec
AKTYWNE SYSTEMY BEZPIECZEŃSTWA
DLA AUTOSTRAD
W roku 2005 na drogach Unii Europejskiej wydarzyło się 1.3 mln. wypadków, w których poniosło śmierć 41.000 istnień ludzkich, a 1.7 mln. zostało rannych. Podobna statystyka dla Stanów Zjednoczonych i innych części świata jest jeszcze bardziej alarmująca (USA - 5 mln. wypadków). W Polsce ginie niezmiennie od kilku lat około 7000 osób. Ogłaszamy żałoby narodowe post factum, ale nie czynimy wystarczająco wiele dla przeciwdziałania wypadkowości, chociaż udział ofiar na drogach sięga 3. miejsca w statystykach śmiertelności. Jedną z przyczyn tego stanu rzeczy jest niski poziom świadomości w społeczeństwie w zakresie przedmiotu. Stąd m.in. publikacja.
Systemy pasywne i aktywne
Do niedawna jedynym środkiem zwiększania bezpieczeństwa były środki pasywne takie, jak pasy bezpieczeństwa, poduszki powietrzne, wzmocnienia konstrukcji aut itp. Od kilku lat bogate firmy zaczęły wprowadzać do luksusowych samochodów radary mikrofalowe. Radar stanowi jeden z pierwszych środków tzw. aktywnych, tzn. przeciwdziałających wypadkowi, a nie tylko łagodzących jego skutki. Przykładowo radar 40 GHz jest zainstalowany w Audi A8. Ostrzega on kierowcę o zbliżaniu się do innego samochodu lub innej metalowej przeszkody, a w przypadku zwłoki w reakcji sam podejmuje decyzję o hamowaniu. Ten sam radar w warunkach spokojnego ruchu zachęca do szybkiej jazdy
Klasyczny radar jest jednak dość drogi i nie spełnia wielu wymagań. Z tego względu zaczyna być wypierany przez pseudo-radar w postaci ruchomej sieci sensorowej serii 802.xx. W USA Daimler-Creisler we współpracy z Uniwersytetem w Berkeley zbudowały jeszcze w roku 2005 pierwszy prototyp podobnego systemu, który został zaprezentowany na ostatnim Kongresie Inteligentnych Środków Transportowych (ITS) w Japonii [1]. Od prototypu do masowej produkcji upływa jednak sporo czasu. Wydaje się, że zarówno Amerykanie, jak i Europejczycy popełnili szereg błędów w formułowaniu założeń dla systemu. Przyjęto mianowicie, że nowe rozwiązanie ma spełniać bardzo wiele funkcji takich, jak łączność alarmowa i konwencjonalna, połączenia z Internetem, reakcja na sygnalizację świetlną i wreszcie funkcje radarowe. Takim założeniom miał odpowiadać m.in. wspomniany system DSRC w USA oraz FLEETNET w Europie, opracowany przez General Motors.
Interesująco wypada na tym tle projekt polski, zgłoszony do siódmego programu ramowego FP7 [2]. Opiszemy go bardziej szczegółowo i dokonamy stosownych porównań oraz sformułujemy wnioski. Projekt ma skromne szanse pełnego powodzenia, ponieważ nie udało się autorom przekonać do niego Ministerstwa Nauki, ani Transportu, jak też przemysłu samochodowego (FSO, OPEL). W efekcie ze względu na brak środków finansowych autorzy nie byli w stanie przedstawić żadnych testów terenowych, a jedynie obszerne wyniki symulacji. W projekcie uczestniczą ośrodki badawcze z Anglii, Niemiec, Włoch, Hiszpanii, Grecji i Słowenii.
Projekt I-RADAR)
Zasadę pracy systemu zilustrowano na rysunkach obok, które przedstawiają zachowanie się kolumny samochodów po nagłym zatrzymaniu lidera dla przypadku bez i-radaru i z nim. Widzimy, że w pierwszym przypadku końcowe samochody w kolumnie wpadają jeden na drugiego. Gdy jest zastosowany i-radar przekazuje on natychmiast sygnał stopu do tyłu kolumny, wobec czego do kolizji nie dochodzi. Środkiem służącym do przekazywania ostrzeżeń jest tzw. sieć sensorowa, czyli zespół miniaturowych radiostacji, kontrolujących się wzajemnie na niewielkim obszarze, rzędu kilkuset metrów.
Oczywiście samochody należy wcześniej wyposażyć w owe radiostacje i odpowiednio je zaprogramować. Wówczas w zagrożonym aucie można nie tylko ujrzeć na ekranie czerwone światło stopu, ale wiele innych sygnałów składających się na obraz naszego najbliższego otoczenia. Możemy także odbierać umowne sygnał alarmów akustycznych, co ma niebagatelne znaczenie dla zmęczonych zwykle oczu kierowcy. Można wreszcie w przypadku opóźnionej reakcji kierowcy uruchamiać odpowiedni program ratunkowy. Przykładowe wyposażenie samochodu pokazano na kolejnym rysunku.
Jakie podstawowe ograniczenia mogą wystąpić w zrealizowaniu opisanego pomysłu? Otóż musimy zadbać, by wszyscy potencjalni użytkownicy nie przeszkadzali sobie wzajemnie i by ostrzeżenia docierały do celu mimo rozmaitych przeszkód propagacyjnych i interferencyjnych. Musimy także przyjąć, że nie wszyscy użytkownicy od razu zakupią i-radary. W celu zbadania tych i innych okoliczności zbudujemy odpowiedni model procesów ruchu i ostrzegania oraz przeprowadzimy stosowne symulacje.
Modelowanie powstawania kolizji
Wielki Einstein mawiał: każdą rzecz należy robić tak prosto, jak tylko to możliwe, ale nie prościej. Inny wielki uczony Fynemann żartował: wszystkie modele są fałszywe, mimo to niektóre odgrywają rolę nieocenioną. Zgodnie z tymi maksymami zaproponujemy niezwykle prosty model powstawania kolizji, jak na rysunku obok. Samochody są na nim pokazane jako punkty materialne. Pierwszy rząd punktów przedstawia kolumnę przed wystąpieniem zaburzenia (stop lidera). Kolejne rozproszone punkty, to losowy efekt tego zaburzenia. Stawiamy ważne pytanie: które z samochodów ulegną kolizji, jeśli do dyspozycji jest tylko jeden pas ruchu?
Z pozoru wydaje się, że wystarczy odjąć położenie n-tego samochodu od (n-1)-go i jeśli jest ono ujemne, wówczas orzec kolizję. Istotnie tak rzecz się ma z samochodami czerwonym i zielonym. Natomiast to kryterium już nie wystarcza do oceny kolejnej pary - granatowego i czerwonego. Wydawałoby się, że kolizji nie ma, bo wspomniana różnica jest dodatnia. Faktycznie kolizja zachodzi, ponieważ musimy uwzględnić następstwo wypadków: samochód czerwony uległ kolizji, znajduje się więc na pozycji zielonego, co sprawia, że różnica granatowy- czerwony (w nowym położeniu) jest też ujemna.
Zespół pod kierunkiem autora przeprowadził w oparciu o powyższy model tysiące eksperymentów. Podstawowe dane do symulacji były następujące:
Wyniki eksperymentów
Wyniki przedstawiono w tablicy oraz na wykresach obok.
Wyszukiwarka