Проблемы безопасности дорожного движения, разбираем по пунктам -24


Проблемы безопасности дорожного движения, разбираем по пунктам




Как так получается, что автомобиль с чрезвычайно простым управлением (вперёд, назад, влево, вправо) становится причиной ежегодной гибели более миллиона человек? Очевидно, что это связано не со сложностью управления автомобилем, а с проблемами организации дорожного движения (ограничениями скорости, очерёдности проезда и так далее). Ставим задачу найти полное решение каждой проблемы дорожного движения. В данной статье будем рассматривать концептуальный уровень, то есть что надо сделать для полного решения каждой проблемы. А как это реализовать и сколько это будет стоить, рассмотрим позже.

1. Проблема недостатка информации


Самое первое, что нужно для принятия любого управленческого решения – это максимально полная информация об объекте управления. И тут мы выясняем, что у водителя в общем случае полной информации нет и быть не может даже теоретически. То есть, даже если мы на автомобиль поставим все существующие датчики, то всё равно полной информации, необходимой для принятия решений по управлению мы не получим, ни за какие деньги.



Нужна ли Вам камера, показывающая, есть ли пешеход за углом здания?

Из автомобиля не видно, что происходит даже за ближайшим припаркованным автомобилем, не говоря уже о том, что происходит за углом. Причём никакие датчики, устанавливаемые на автомобиль (радары, лидары и так далее) здесь не помогут. Частично, здесь могут помочь перспективные системы Car-to-Car, но полностью проблему они решить не смогут, так как будут случаи, когда по близости просто не будет других автомобилей. Соответственно, нам нужен внешний (по отношению к автомобилю) источник постоянной информации о дорожном движении. То есть, инфраструктура полного и постоянного наблюдения за всеми дорогами и придорожной территорией. К сожалению, даже перспективные системы Car-to-I Car-to-X (автомобиль-инфраструктура и автомобиль-всё) полностью проблему тоже решить не смогут. Так как в принципе не обладают полнотой, что на определённом этапе даже снизит безопасность. Например, если нет никаких систем, то перед слепым поворотом, водитель снижает скорость, так как не знает, что там. А если системы CarToX установлены на 99% автомобилей, то водитель думает, что раз информация из-за угла не поступила, значит с вероятностью 99% там ничего опасного нет, а следовательно, и тормозить излишне. Понятно, что с вероятностью 1% за поворотом может быть сломавшийся грузовик или упавшее дерево. Но так как вероятность этого очень мала, то многие водители не будут снижать скорость и, соответственно въедут в грузовик на бОльшей скорости, чем при отсутствии дополнительной информации от CarToX.



Решение очевидно, надо датчики наблюдения вынести из автомобиля и расположить равномерно по всей дороге.

Таким образом, для полного решения проблемы ограниченной и недостаточной видимости из автомобиля надо создать внешнюю инфраструктуру полного постоянного наблюдения за всеми дорогами с существующих столбов освещения. Это вполне возможно, мы просто поставим столько камер, сколько нужно, и так часто, как нужно.

2. Гадание в принципе не может решить проблему недостатка информации


Так как транспорт движется с высокой скоростью и обладает большой инерцией, то просто знать точные координаты всех участников дорожного движения недостаточно. Нужна точная информация об их намерениях. Существующие ПДД предписывают водителю прогнозировать действия других участников движения. Очевидно, что если Вы не баба Ванга, то точные предсказания невозможны. Опять таки, даже перспективные системы CarToX полностью проблему решить не смогут, так как в принципе не обладают полнотой и достоверностью. Но решение этой проблемы хорошо известно. Это центральная диспетчеризация, например, как в авиации. То есть, вместо существующего принципа «еду как хочу» вводится разрешительный принцип «по согласованию с диспетчером». Таким образом, у диспетчера будет вся точная информация о намерениях всех водителей.

3. Проблема полноты информации и её общности




На водителя обрушивается иногда просто запредельное количество информации. А многие знаки надо не просто распознать, а ещё и помнить зону их действия. А если знак не виден за ветками деревьев? А если его сдуло, или бомжи сняли на металлолом? Причём информация должна быть ОБЩЕЙ для всех. То есть, одностороннее движение должно быть корректно отображено с двух направлений, иначе возможно лобовое столкновение в котором каждый будет считать себя правым. Другая проблема, что практически все знаки являются постоянными. Но ограничения скорости сильно зависят от конкретных погодно-дорожных условий, но знаки этого не отображают.

Ну и главный вопрос, а зачем Вам все эти знаки? Они нужны, чтобы как-то упорядочить существующий хаос. То есть, это костыли, которые никак саму проблему хаоса не решают. Но её полностью решает единая справочная система (центральная диспетчеризация).

4. Прогнозов много, а план один


Недостатком систем центральной диспетчеризации является экспоненциальный рост вычислений при масштабировании. Так как добавление N+1 участника вынуждает строить прогнозы его взаимодействия с уже имеющимися N участниками. Таким образом, с диспетчеризацией огромного количества автомобилей не справится не только человек-диспетчер, но и быстродействующий компьютер. Другим недостатком центральной диспетчеризации является её работа в реальном времени (любую ситуацию надо разрулить здесь и сейчас). Очевидно, что могут случайно возникнуть ситуации, которые в принципе не имеют безопасного решения (задача вагонетки это не про автоматический автомобиль, а про существующее хаотическое движение, которое иногда безопасно разрулить невозможно даже теоретически). Но полное решение есть! Надо просто отказаться от прогнозов и перейти к заранее известному и согласованному плану дорожного движения. Таким образом, вместо множества вероятностных прогнозов дорожной обстановки, мы получаем один заранее известный план дорожного движения. Причём вычислительно, это простая и давно решённая задача построения маршрутов на графе дорожной сети. Она даже на порядок проще существующего построения маршрутов, так как не оперирует вероятностями, а имеет полную информацию центральной диспетчеризации. С такой задачей справится даже бытовой компьютер, точнее много компьютеров с иерархической структурой взаимосвязей. Таким образом, становится возможна АВТОМАТИЧЕСКАЯ центральная диспетчеризация всего дорожного движения в реальном времени. То есть, проблема недостатка информации полностью решена.

Одновременно центральная диспетчеризация + полное постоянное видеонаблюдение решает чрезвычайно важную и практически нерешаемую другими способами проблему достоверности информации. Как в системах CarToX гарантировать, что вы получаете достоверную информацию от других автомобилей, а не поддельную от хакеров?

5. Вариантов решения множество, поэтому конфликты неизбежны. А план один


Никогда не задумывались, откуда берутся конфликты и хамство на дороге? От многовариантности! То есть, когда есть конкурирующие варианты, строго непрописанные в ПДД, всегда будут конфликты.



И с этим ничего не сделать, так как для любого человека существует только два варианта: его мнение и неправильное мнение. Но способ решения любых конфликтных ситуаций хорошо известен – это независимый арбитр. В качестве такого арбитра и может выступать автоматическая центральная диспетчеризация. Более того, а зачем нам арбитр? Нам арбитр не нужен! Ведь арбитр нужен для решения возникающих конфликтных ситуаций, но у нас ведь плановое движение, которое сам арбитр и планирует. То есть, достаточно ещё на этапе планирования создавать план таким образом, чтобы потенциально конфликтных ситуаций просто не возникало. Тогда ни конфликтов, ни автомобильного хамства на их основе не будет в принципе!

6. Кто виноват и что с этим делать


Все, кто сталкивался с разбором ДТП, знает, что истинного виновника однозначно установить крайне сложно. Объективной информации нет или её недостаточно, а свидетели зачастую сами заинтересованные лица. И проблема здесь фундаментальная, так как по существующим ПДД в принципе отсутствует понятие правильная, в данном контексте безопасная, траектория. То есть, если оба водителя грубейшим образом нарушили ПДД, и оба выехали через двойную сплошную на встречку, но при этом разъехались без столкновения, то это происшествие даже не попадёт в сводки. А если один водитель будет строго следовать ПДД и тормозить прямо, то будет лобовое столкновение. Более того, в суде этого водителя могут признать даже виновным, так как он не выполнил другой пункт ПДД и не сделал всего возможного для избегания столкновения. И ПДД полны таких противоречий. В результате, практически всегда, хотя бы в чём-то, можно обвинить любого водителя. Обратите внимание, что ГИБДД, которое такие противоречивые ПДД и создало, всегда будет ни при чём. С другой стороны, понятно, что все потенциально опасные случаи расписать невозможно. Но решение есть! Надо чтобы автоматическая центральная диспетчеризация предписывала каждому транспорту ПРАВИЛЬНУЮ траекторию. Сделать это можно очень просто самым надёжным и простым графическим моделированием. То есть, никакие две траектории на плане дороги не должны никогда пересекаться. Таким образом, кто первый отклонился от своей правильной траектории, тот и виноват. В результате вопрос ответственности всегда решается объективно и однозначно.

7. Вопросы взаимодействия




Итак, все конфликтные ситуации в плановой системе центральной диспетчеризации исключены. Остаётся добавить устройство, осуществляющее взаимодействие каждого участника с системой центральной диспетчеризации и, уже через неё со всеми другими участниками дорожного движения. Для этого в каждый автомобиль устанавливается «Индивидуальный светофор» (ИС) для автомобилей и пешеходов, который осуществляет постоянную двухстороннюю связь с автоматическим диспетчером. Он состоит из двух экранов, один внутри автомобиля для водителя, а другой впереди снаружи автомобиля для пешеходов. Таким образом, абсолютно все перекрёстки и переходы становятся светофорно-регулируемыми, а все ограничения контекстными. При этом физически светофоры и дорожные знаки вообще нигде не нужны. То есть, проблема взаимодействия всех участников дорожного движения полностью решена через использование единого посредника (автоматической центральной диспетчеризации).

8. Взаимодействие с пешеходами




А как планировать действия пешеходов? А их и не надо планировать, достаточно ими безопасно управлять. Ведь с точки зрения безопасности, пока пешеход находится на тротуаре систему дорожной безопасности он не интересует. То есть, куда и как пешеходы ходят по тротуару никак не влияет на безопасность (столкновение пешеходов друг с другом фатальными не являются).

Таким образом, нам достаточно гарантировать безопасность перехода дороги пешеходами в удобных для пешехода местах. Для этого впереди каждого автомобиля устанавливается «Индивидуальный светофор» (ИС) для пешеходов (красно-зелёная светодиодная лента вверху лобового стекла снаружи автомобиля). Так как этот пешеходный ИС управляется общей автоматической центральной диспетчеризацией, то он гарантирует безопасность пешеходов. А так как этот светофор перемещается вместе с автомобилями, то пешеходный переход может быть в любом месте, где диспетчер даст автомобилям команду остановиться, чтобы пропустить пешеходов. То есть, в любом месте где удобно переходить пешеходу, но не в любое время.

То есть, очень неудобные внеуличные пешеходы становятся бессмысленными!



Центральная диспетчеризация полностью регулирует интервалы движения по дороге пешеходов и транспорт (улучшенный адаптивный светофор).

Здесь принципиальны три отличия от существующих пешеходных светофоров:

  1. Зелёный существующих пешеходных светофоров не гарантирует безопасность (что пешехода не собьёт лихач из третьего ряда, которого пешеход не видит), а зелёный ИС гарантирует безопасность, так как центральная диспетчеризация видит всё и управляет всем транспортом. То есть, зелёный на пешеходном ИС загорится только когда ВСЕ автомобили на этом участке остановятся.
  2. ИС позволяет пешеходу безопасно переходить дорогу в любом удобном для него месте, а существующий пешеходный светофор (переход) вынуждает пешехода становиться нарушителем, так как вероятность попасть под машину существенно меньше затрат на сотни метров похода до ближайшего пешеходного перехода.
  3. Все пешеходные светофоры «адаптивные», то есть ситуация, когда никого нет, но по времени горит красный полностью исключена.

Осталось только договориться о том, как пешеход даст знать центральной диспетчеризации, что он собирается переходить дорогу. Например, можно просто записать в ПДД, что таким запросом является остановка пешехода под фонарём освещения, или знаком перехода. При этом никаких кнопок «вызова» для пешеходов устанавливать не нужно.

Таким образом, в такой системе, если пешеход конечно не самоубийца, то он никогда не пойдёт на красный свет ИС, так как это ГАРАНТИРОВАННО опасно.

9. Нехватка времени на реагирование


Так как у нас появляется гарантированно безопасный план и точные координаты всего транспорта, то просто вычитая два вектора (реальный из планового) мы на максимально раннем этапе определяем ещё только потенциально опасные ситуации. Это максимально решает проблему нехватки времени на реагирование. Например, сейчас водитель видит, что встречный автомобиль слегка смещается к центральной линии. Что делать? А ничего, так как совершенно неизвестна причина этого смещения: может водитель объезжает яму и потом вернётся в свою полосу, а может водитель потерял управление и это начальная фаза выезда на встречную полосу?



Сейчас, как говорится, не всё так однозначно!

Проблема в том, что когда уже станет очевиден выезд на встречку, времени на реакцию уже может не хватить. Но наличие в плане гарантированно безопасной траектории полностью решает эту проблему. В данном примере, точно известно, что это начальная фаза выезда на встречку, так как никакого объезда ямы в плане нет. Следовательно, это начальная фаза потери управления и надо начинать реагировать.

10. А как безопасно разъехаться


Итак складывается опасная ситуация, условно, два автомобиля едут лоб в лоб. Что делать? Надо принять скоординированное решение (либо оба влево, либо оба вправо). Так куда, влево или вправо? Понятно, что второй будет реагировать на решение первого. Но кто должен поворачивать первым? Сейчас на эти вопросы однозначного ответа в принципе нет (неписанные правила потому и неписанные, что работают не всегда).



Объезд встречного дурака слева

И здесь нас опять выручает система центральной диспетчеризации, которая даёт однозначную команду, например, оба влево (что противоречит и писанным и неписанным правилам) но не приводит к ДТП.

11. А как быть с велосипедистами?




Естественно, абсолютно все участники дорожного движения, постоянно находящиеся на дороге, то есть, все за исключением пешеходов, обязаны подключиться и выполнять указания центральной диспетчеризации. И велосипедисты, как наименее защищённый транспорт, больше всего в этом заинтересованы.

12. Штрафы не нужны


Так как автоматической диспетчеризации известен план и реальность, то уже при минимальном отклонении, ещё на начальном этапе, выдаётся предупреждение. Например, если Вы будете жать на газ с той же интенсивностью, то через несколько секунд Вы превысите скорость. Если это минимальное превышение произошло случайно, то водитель исправится и реального превышения скорости не будет. Соответственно и штрафовать его просто не за что! Аналогично и со всеми другими нарушениями, например, водитель просто не получит разрешение на парковку в запрещённом месте. Таким образом остаётся единственное нарушение – это преднамеренное (после нескольких предупреждений) игнорирование команд диспетчера. Понятно, что водителя в отношении которого объективно и документально доказано, что он преднамеренно нарушил ПДД надо не просто лишать водительских прав, а заводить дело против того, кто ему эти права выдал.

13. А что делать с неадекватными водителями и злостными нарушителями?


К чему все эти правильные предупреждения, если их можно будет проигнорировать, и соответственно гарантировать безопасность будет невозможно?



Две секунды, 22 трупа.

Поэтому, для того чтобы гарантировать безопасность, то есть строгое выполнение плана, «Индивидуальный светофор» в каждом автомобиле подключается к органам управления автомобиля и может дистанционно заблокировать любые ещё только потенциально опасные действия водителя. Это гарантирует 100% безопасность дорожного движения с точностью до технической неисправности. Для этого, существующие серийные системы экстренного торможения надо улучшить, используя возможности полной информации и планового движения. То есть, они будут работать не в некоторых простейших ситуациях, как сейчас, а абсолютно во всех опасных ситуациях.

Таким образом, преднамеренно ПДД можно будет нарушить только один раз. А ездить без прав в системе полного наблюдения невозможно в принципе.

14. Ответственность




Ещё с детского сада, родители учат детей, что: «Вышел на дорогу, отвечаешь за свою безопасность сам». И смотреть надо не на светофор, а на машины, так как ни один светофор ещё ни одного пешехода не убил. Иначе будешь правым, но мёртвым. А сел за руль транспортного средства повышенной опасности, так отвечаешь вообще за всё.

А хотят ли водители и пешеходы отвечать за действия других участников дорожного движения, на которые они повлиять никак не могут? Вопрос не такой уж и глупый. Так как, если в ответственности за свои действия логика есть, то в ответственности за других, никакой логики нет! Поэтому вся ответственность за организацию дорожного движения должна быть возложена на автоматическую систему центральной диспетчеризации, которая имеет всю полноту информации и может напрямую влиять на действия всех участников движения через автомобильный и пешеходный Индивидуальные Светофоры. То есть, за безопасность плана отвечает Евклид со своей геометрией, за практическую реализацию этой геометрии отвечают конкретные программисты, а водители и пешеходы отвечают только за чёткое выполнение требований автоматической центральной диспетчеризации по соблюдению плана дорожного движения.

15. А зачем тогда водитель?


Так как водитель по сути становится только исполнителем, а исполнять компьютер может гораздо лучше человека, то полноценный автоматический автомобиль пятого уровня получается сам собой, как побочный продукт. При этом нет никакого смысла водителю, который безопасно управляет автомобилем, запрещать получать удовольствие от вождения. Хотя классический подход к автоматическому автомобилю предполагает в перспективе полный запрет «мясных» водителей. Но об этом в следующей статье …

Итог: последовательно рассмотрев все основные проблемы дорожного движения мы пришли к выводу, что все они могут быть полностью решены. И юморная картинка в заглавии статьи в принципе может быть реализована на практике.

Это вторая статья цикла. Обзорное описание принципа работы такой системы «ИТС СПРУТ» можно посмотреть в первой статье цикла ссылка

P.S. Так как сторонники плоской Земли Vision Zero заминусовали мне карму, то возможности не только бороться с троллями, но и отвечать на комментарии у меня практически нет. Но все комментарии я читаю, и на все комментарии по сути и строго по теме статьи (напоминаю, что в этой статье обсуждаем решение только на концептуальном уровне) я отвечу в Update к статье.

Сразу отвечу, зачем я связался с критикой Vision Zero. Проблема в том, что пока Vision Zero считается идеальной и безальтернативной, другие концепции просто не рассматриваются! А зачем? Ведь у нас есть идеальное решение Vision Zero, мы его прописали в дорожные карты и всё. Поэтому головная российская организация по инновациям Национальная Технологическая Инициатива (НТИ) так мне и пишет: «Идея проекта признана целесообразной, однако не может быть реализована в рамках Дорожной карты Автонет, так как не соответствует ни одному из её направлений, и не может быть вынесена на РАССМОТРЕНИЕ Рабочей группой Автонет».



Продолжение следует …




К сожалению, не доступен сервер mySQL