Способ дистанционного управления автономным движением колонн и/или беспилотных транспортных средств (БТС) интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ИТИ) сети автомобильных дорог
METHOD FOR REMOTE CONTROL OF INDEPENDENT MOVEMENT OF COLUMNS AND/OR UNMANNED VEHICLES (UV) BY INTELLIGENT TRANSPORT INFRASTRUCTURE (ITI) OF MOTOR ROADS NETWORK

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности, к способам обеспечения безопасного управления движением потока автоматически управляемых беспилотных автономных транспортных средств (БТС) и колонн БТС с помощью интеллектуальной транспортной инфраструктуры (ИТИ) сети автомобильных дорог.
В процессе разработки и массового применения беспилотных транспортных средств на дорогах требуется высокоточное управление движением отдельных транспортных средств (ТС) и колонн БТС, учитывающее маршруты их движения, пространственное положение и параметры движения каждого отдельного БТС и/или каждого БТС в составе колонны и окружающих их ТС, учитывающее наличие возможных препятствий на дороге, параметры дороги и т.д., что позволит оптимизировать транспортные потоки в целом, маршруты движения каждого ТС и каждой колонн БТС, сокращение времени движения каждого БТС, ТС и каждой колонн БТС, снизить аварийность и уменьшить загрязнение окружающего воздуха.
Основными проблемами повышения надежности и эффективности работы способов управления движением БТС и/или БТС в составе колонн, оснащенных системами управления движением и взаимодействующими с системами управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры являются сложность, недостаточная надежность работы и высокая стоимость систем управления движением всех БТС в эксплуатации, вызванная необходимостью выполнения и дублирования каждой системой управления движением (СУД) БТС завышенного количества дублируемых во всех СУД БТС функций анализа климатических условий, параметров дорог, анализа дорожной обстановки, выявления рисков дорожно-транспортных происшествий (ДТП), а также формирования и передачи СУД БТС команд управления на собственные привода управления.
Также важной проблемой повышения надежности и качества управления движением беспилотных транспортных средств на дорогах, позволяющего повысить безопасность дорожного движения, сократить длину маршрутов и время в пути, является оптимизация маршрутов движения и повышение точности позиционирования каждого БТС на дороге и/или колонн БТС, в том числе относительно других участников дорожного движения, а также обеспечение безопасности режимов движения и минимизация числа выполняемых маневров каждым ТС на дороге относительно других участников дорожного движения при быстром изменении дорожных условий.
Обычно, согласно должностным инструкциям МО, МВД, МЧС, Российской гвардии и др. запрещено вклиниваться в строй колонны любым посторонним автомобилям. Таким образом, строй колонны БТС должен быть неразрывным, в том числе колонне желательно быть неразрывной даже для гражданских БТС, так как средства позиционирования каждого БТС и каждой организованной колонн БТС настроено на взаимодействие в строго определенной последовательности. Каждое БТС в составе колонны имеет свои кодированные способы передачи информации, коды взаимной идентификации и строго определенное пространственное положение на дорожном полотне и место в колонне и вклинивание в колонну других БТС или ТС может нарушить движение колонны. При этом в колонне могут быть минимальные зазоры между БТС, которые должны поддерживаться автоматически и, по этой причине, нарушение строя может резко изменить условия движения колонны, что не желательно. Очевидно, что движение колонн по дорогам определенных категорий может быть запрещено или ограничено, например, движением в определенное время суток, такое, как только в ночное время.
Известен способ дистанционного управления посредством сети путевых средств беспроводной поэтапной связи интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги движением отдельных беспилотных транспортных средств, при котором перед началом движения для каждого БТС устанавливают их индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователями маршрута движения каждого БТС, включающее начальные пункты отправления и конечные пункты прибытия, с предполагаемыми заданными временами начала движения и контрольными временами нахождения в пути и прибытия, выбранных допустимых интервалов времени нахождения в пути и в выбранных заданных направлениях движения;
затем каждый маршрут БТС и/или БТС в составе колонн передают в систему путевых центров управления (СУ) ИТИ, последняя получает информацию об изменении маршрутов заданных маршрутах пользователей, производит мониторинг местоположения и взаимного положения каждого БТС и определяет порядок движения отдельных БТС и разрабатывает их маршрутные карты с учетом данных их систем технического зрения, включающих видеокамеры, радары и другие датчики по определению скоростей движения, мест ускорений и торможений впереди находящихся БТС по отношению как к каждому отдельному, так и находящемуся в составе колонны БТС;
при этом результаты расчетов предварительных маршрутных карт направляют в центральный региональный центр управления, после подтверждения возможности движения всех БТС центральный региональный центр управления СУ ИТИ дает подтверждение возможности начала движения по предварительным маршрутным картам, при перегрузке отдельных дорог региональный центр управления СУ ИТИ перенаправляет часть БТС и/или БТС в составе колонн по другим дорогам и составляет для них маршрутные карты с обходными маршрутами;
после получения подтверждения возможности движения и/или маршрутных карт с обходными маршрутами и по результатам мониторинга и обмена информацией между путевыми центрами управления СУ ИТИ устанавливают контакт управления с каждым отдельным БТС и/или БТС в составе колонн, СУ ИТИ производят анализ и обработку данных, по результатам которых передают команды в СУ ИТИ и в системы управления движением БТС по корректировке их маршрутов движения, режимов движения и по установлению дистанций между отдельно движущимися БТС, которые формируются с учетом внешних и внутренних условий, из которых внешними являются время суток, погодные условия, состояние дорожной обстановки на дороге, например, ее ширина, пропускная способность, тип и состояние дорожного покрытия, рельеф и высота местности, наличие дорожных знаков, дорожной разметки, светофоров и условия движения транспортного потока, включающие, по меньшей мере, наличие препятствий, интенсивность транспортного потока, его состав, позиционирование БТС, а внутренними могут быть такие как тип и характеристики БТС по весу, габаритам, маршруты движения, техническое состояние транспортного средства (возраст, пробег, состояние трансмиссии тормозной системы, рулевого управления, температура двигателя каждого отдельного и в составе колонны БТС, показания одометра), возраст водителя, время, в течение которого водитель находится за рулем транспортного средства и оставшееся время для водителя до конца движения каждых БТС по маршруту, а также информация о пользователях, перевозимых грузах и х назначении, времени погрузки, нахождении грузов в каждом отдельном БТС во время их движения по маршруту (см. патент КНР №CN 105702073 A, Dynamic turning navigation method based road network checkpoints and travel time indexes, заявители XU YAGUO; XU GUANGNING  опубл. 22.06.2016).
Принципиальными недостатками известного способа управления движением БТС и/или БТС в составе колонн, оснащенных системами управления движением, взаимодействующими с системами управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, которые в основном реализуют информационную, навигационную поддержку СУД БТС и БТС в составе колонн, а также обеспечивают решение задач создания информационной системы в области автотранспортной телематики, направленных на формирование баз статистических и аналитических данных о транспортных средствах и дорожной инфраструктуре, поведенческих моделей пассажиров и водителей, и формирование иной информации, связанной с логистикой людей и грузов, являются:
- сложность, недостаточная надежность работы и высокая стоимость систем управления движением всех БТС в эксплуатации, вызванная необходимостью выполнения и дублирования каждой СУД БТС завышенного количества дублируемых функций анализа климатических условий, параметров дорог, анализа дорожной обстановки, выявления рисков ДТП, а также формирования и передачи СУД БТС команд управления на собственные приводы управления;
- завышенный массив данных, поступающих в СУД каждого БТС из систем и средств измерения параметров внешней среды от датчиков СУД БТС и СУД ИТС (климатических условий - давления, температуры, влажности, направления и скорости ветра, наличия дождя, града, снега, инея, тумана, задымленности воздуха над дорогой и др.), параметров оценки окружающей каждый отдельный БТС обстановки в виде других ТС, препятствий и предметов, людей, животных, поступающих, например, от систем технического зрения СУД БТС и СУД ИТИ (от радаров, лидаров, видеокамер, стереокамер, ультразвуковых датчиков, датчиков продольных и поперечных ускорений, датчиков систем навигации и связи, других узлов и агрегатов СУД БТС), параметров дорожной среды (дорожная карта, пропускная способность дорог и количество полос в обе стороны движения, перекрестки, уклоны и др.), а также материала, качества и состояния дорожного полотна и средств дорожной инфраструктуры (например, тип и качество дорожного полотна, его сцепные свойства, наличие на нем воды, гололеда, снега, разливов жидкостей, топлив, масел, место установки дорожных знаков, типы дорожной разметки, место установки и режимы работы светофоров), а также собственных параметров движения каждого ТС (например, скоростей вращения колес, положений рулевого управления, педалей тормозной системы, сцепления, положения рычага коробки передач, режимов работы силовых установок, параметров и режимов работы приводов управления БТС, результатов диагностики, мониторинга и работоспособности, состояния, ресурса работы БТС, СУД БТС, их систем, узлов и агрегатов и т.п.) и др., в том числе данных об авариях, пробках, пожарах, чрезвычайных ситуациях, загрязнении воздуха над дорогами;
- сложность и чрезмерно большой объем вычислительных операций, вызванный необходимостью обработки и анализа чрезмерно завышенного массива данных, поступающих от датчиков, перечисленных выше, необходимость формирования команд управления приводами в каждом СУД БТС, сложность алгоритмов управления, применяемого математического аппарата, программного обеспечения систем и подсистем управления;
- невозможность устранения ложных срабатываний, сбоев в работе и выхода из строя систем управления движением на всех БТС на перспективной дороге, количество которых будет достигать по аналогии с пропускной способностью современных дорог, 40 тыс. шт. БТС/час и более. Сбои в работе и ложные срабатывания СУД БТС, состоящих из соответствующих датчиков, контроллеров, исполнительных устройств, интерфейсов, всегда будут проявляться вследствие недостаточного качества обнаружения и распознавания препятствий, дорожной разметки, знаков, сигналов светофоров, оценки состояния дорожных, погодных и климатических условий, влияния времени суток и др.;
- ограниченность диапазонов надежной работы систем управления движением при движении БТС на всех эксплуатационных режимах - скоростных режимах движения, при разгонах, торможении, при езде на гравийных, песчаных и грунтовых дорогах, на мокром и заснеженном дорожном покрытии, при гололеде, в различное время суток, при сверхнизких и повышенных температурах внешней среды, на высокогорных дорогах и др.;
- сложность, трудоемкость и большая стоимость обслуживания каждой СУД БТС в эксплуатации, вызванная использованием сложных систем, методик проверки и необходимости проведения диагностики и отладки СУД в специализированных центрах с высококвалифицированными специалистами.
Важным недостатком известного способа и системы управления является дискретность зонального управления, вызывающая излишнюю фрагментированность маршрута, которая может приводить к утрате полного и всеобъемлющего контроля за транспортным потоком и требует излишне сложной системы управления для каждого БТС.
Известен способ дистанционного управления посредством сети путевых средств беспроводной связи интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги движением отдельных беспилотных транспортных средств, при котором перед началом движения для каждого БТС устанавливают индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователями маршрута движения каждого БТС, включающий назначение начального пункта отправления и конечного пункта прибытия, с предполагаемыми заданными временами начала движения и контрольными временами нахождения в пути и прибытия, выбранных допустимых интервалов времени нахождения в пути и в выбранных заданных направлениях движения;
каждый маршрут БТС в соответствии с известным способом передают в систему путевых центров управления СУ ИТИ, последняя получает информацию о заданных маршрутах пользователей, производит мониторинг местоположения и взаимного положения каждого БТС на выбранном пути движения, определяет порядок движения отдельных БТС и разрабатывает их маршрутные карты с учетом данных их систем технического зрения, включающих видеокамеры, радары и другие датчики по определению скоростей движения, мест ускорений и торможений впереди находящихся БТС;
результаты расчетов предварительных маршрутных карт направляют в центральный региональный центр управления, после подтверждения возможности движения всех БТС центральный региональный центр управления СУ ИТИ дает подтверждение возможности начала движения по предварительным маршрутным картам, при перегрузке отдельных дорог региональный центр управления СУ ИТИ перенаправляет часть БТС по другим дорогам и составляет для них маршрутные карты с обходными маршрутами;
после получения подтверждения возможности движения и/или маршрутных карт с обходными маршрутами и по результатам мониторинга и обмена информацией между путевыми центрами управления СУ ИТИ устанавливают контакт управления с каждым отдельным БТС СУ ИТИ производят, анализ и обработку данных, по результатам которых передают команды в СУД БТС по корректировке их маршрутов движения, режимов движения и по установлению дистанций между отдельно движущимися БТС, которые формируются с учетом внешних и внутренних условий, из которых внешними являются время суток, погодные условия, состояние дорожной обстановки на дороге, например, ее ширина, пропускная способность, тип и состояние дорожного покрытия, рельеф и высота местности, наличие дорожных знаков, дорожной разметки, светофоров и условия движения транспортного потока, включающие, по меньшей мере, наличие препятствий, интенсивность транспортного потока, его состав, позиционирование БТС, а внутренними могут быть такие как тип и характеристики БТС по весу, габаритам, маршруты движения, техническое состояние транспортного средства (возраст, пробег, состояние трансмиссии тормозной системы, рулевого управления, температура двигателя каждого отдельного БТС, показания одометра), возраст водителя, время, в течение которого водитель находится за рулем транспортного средства и оставшееся время для водителя до конца движения каждого БТС по маршруту, а также информация о пользователях, перевозимых грузах и х назначении, времени погрузки, нахождении грузов в каждом отдельном БТС во время их движения по маршруту (см. патент КНР № CN 106940933 A, INTELLIGENT TRAFFIC SYSTEM-BASED INTELLIGENT VEHICLE LANE CHANGING DECISION-MAKING METHOD, заявитель BEIJING INSTITUTE OF TECH  опубл. 11.07.2017).
Принципиальными недостатками данного известного способа управления движением БТС и/или БТС в составе колонн, оснащенных системами управления движением и взаимодействующими с системами управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, также являются сложность, недостаточная надежность работы и высокая стоимость систем управления движением всех БТС в эксплуатации, вызванная необходимостью выполнения и дублирования каждой СУД БТС завышенного количества дублируемых функции анализа климатических условии, параметров дорог, анализа дорожной обстановки, выявления рисков ДТП, а также формирования и передачи СУД БТС команд управления на собственные привода управления.
Важным недостатком системы управления движением является также излишне сложное, зарегламентированное в ней выполнение маневров БТС.
Известен способ дистанционного управления посредством сети путевых средств беспроводной связи интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги движением отдельных беспилотных транспортных средств, при котором перед началом движения для каждого БТС устанавливают их индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователями маршрута движения каждого БТС и их колонн, включающее начальные пункты отправления и конечные пункты прибытия, с предполагаемыми заданными временами начала движения и контрольными временами нахождения в пути и прибытия, выбранных допустимых интервалов времени нахождения в пути и в выбранных заданных направлениях движения;
затем каждый маршрут каждого БТС и каждой колонны БТС передают в систему путевых центров управления ИТИ, последняя получает информацию о заданных маршрутах пользователей, производит мониторинг местоположения и взаимного положения каждого БТС, а также БТС в составе колонны и колонны в целом на выбранном пути движения, и определяет порядок движения отдельных БТС и разрабатывает их маршрутные карты с учетом данных их систем технического зрения, включающих видеокамеры, радары и другие датчики по определению скоростей движения, мест ускорений и торможений впереди находящихся БТС по отношению как к каждому отдельному, так и БТС, находящемуся в составе колонны;
результаты расчетов предварительных маршрутных карт направляют в центральный региональный центр управления, после подтверждения возможности движения всех БТС и/или БТС в составе колонны центральный региональный центр управления СУ ИТИ дает подтверждение возможности начала движения по предварительным маршрутным картам, при перегрузке отдельных дорог региональный центр управления СУ ИТИ перенаправляет часть БТС и/или БТС в составе колонн по другим дорогам и составляет для них маршрутные карты с обходными маршрутами;
после получения подтверждения возможности движения и/или маршрутных карт с обходными маршрутами и по результатам мониторинга и обмена информацией между путевыми центрами управления СУ ИТИ устанавливают контакт управления с каждым отдельным БТС и/или БТС в составе колонн, СУ ИТИ производят, анализ и обработку данных, по результатам которых передают команды в системы управления движением БТС по корректировке их маршрутов движения, режимов движения и по установлению дистанций между отдельно движущимися БТС, которые формируются с учетом внешних и внутренних условий, из которых внешними являются время суток, погодные условия, состояние дорожной обстановки на дороге, например, ее ширина, пропускная способность, тип и состояние дорожного покрытия, рельеф и высота местности, наличие дорожных знаков, дорожной разметки, светофоров и условия движения транспортного потока, включающие, по меньшей мере, наличие препятствий, интенсивность транспортного потока, его состав, позиционирование БТС и групп БТС, а внутренними могут быть такие как тип и характеристики БТС по весу, габаритам, маршруты движения, техническое состояние транспортного средства (возраст, пробег, состояние трансмиссии тормозной системы, рулевого управления, температура двигателя каждого отдельного и в составе группы БТС, показания одометра), возраст водителя, время, в течение которого водитель находится за рулем транспортного средства и оставшееся время для водителя до конца движения каждых групп и БТС по маршруту, а также информация о пользователях, перевозимых грузах и х назначении, времени погрузки, нахождении грузов в каждом БТС в составе групп и в отдельных БТС во время их движения по маршруту (см. патент КНР № CN 105702072 A, IoT-based traffic and transportation system, заявитель WEIFANG UNIV OF SCIENCE & TECH  опубл. 22.06.2016).
Важными недостатками данного известного способа управления движением БТС и/или БТС в составе колонн, оснащенных системами управления движением и взаимодействующими с системами управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, также являются сложность, недостаточная надежность работы и высокая стоимость систем управления движением всех БТС в эксплуатации, вызванная необходимостью выполнения и дублирования каждой СУД БТС завышенного количества дублируемых функций анализа климатических условий, параметров дорог, анализа дорожной обстановки, выявления рисков ДТП, а также формирования и передачи СУД БТС команд управления на собственные привода управления.
Также недостатком данной системы управления является излишне зарегламентированная последовательность изменения направления и порядка движения БТС, требующая применения чрезмерно сложных систем управления на БТС.
Известен способ дистанционного управления посредством сети путевых средств беспроводной связи интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги движением отдельных беспилотных транспортных средств и/или их колонн, при котором перед началом движения для каждого БТС и/или участника колонны устанавливают их индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователями маршрута движения каждого БТС и их колонн, включающее начальные пункты отправления и конечные пункты прибытия, с предполагаемыми заданными временами начала движения и контрольными временами нахождения в пути и прибытия, выбранных допустимых интервалов времени нахождения в пути и в выбранных заданных направлениях движения;
затем каждый маршрут БТС и их колонн передают в систему путевых центров управления ИТИ, последняя получает информацию о заданных маршрутах пользователей, производит мониторинг местоположения и взаимного положения каждого БТС в составе колонны, колонны в целом на выбранном пути движения и определяет порядок движения отдельных БТС и разрабатывает их маршрутные карты, с учетом данных их систем технического зрения, включающих видеокамеры, радары и другие датчики по определению скоростей движения, мест ускорений и торможений впереди находящихся БТС по отношению как к каждому отдельному, так и находящемуся в составе колонны БТС;
результаты расчетов предварительных маршрутных карт направляют в центральный региональный центр управления, после подтверждения возможности движения всех БТС и/или БТС в составе колонн центральный региональный центр управления СУ ИТИ дает подтверждение возможности начала движения по предварительным маршрутным картам, при перегрузке отдельных дорог региональный центр управления СУ ИТИ перенаправляет часть БТС и/или БТС в составе колонн по другим дорогам и составляет для них маршрутные карты с обходными маршрутами;
после получения подтверждения возможности движения и/или маршрутных карт с обходными маршрутами и по результатам мониторинга и обмена информацией между путевыми центрами управления СУ ИТИ устанавливают контакт управления с каждым отдельным БТС и/или БТС в составе колонн СУ ИТИ производят, анализ и обработку данных, по результатам которых передают команды в СУ лидерам колонн и в системы управления движением БТС по корректировке их маршрутов движения, режимов движения и по установлению дистанций между отдельно движущимися БТС, которые формируются с учетом внешних и внутренних условий, из которых внешними являются время суток, погодные условия, состояние дорожной обстановки на дороге, например, ее ширина, пропускная способность, тип и состояние дорожного покрытия, рельеф и высота местности, наличие дорожных знаков, дорожной разметки, светофоров и условия движения транспортного потока, включающие, по меньшей мере, наличие препятствий, интенсивность транспортного потока, его состав, позиционирование БТС и колонн БТС, а внутренними могут быть такие как тип и характеристики БТС по весу, габаритам, маршруты движения, техническое состояние транспортного средства (возраст, пробег, состояние трансмиссии тормозной системы, рулевого управления, температура двигателя каждого отдельного и в составе колонны БТС, показания одометра), возраст водителя, время, в течение которого водитель находится за рулем транспортного средства и оставшееся время для водителя до конца движения каждых колонн и БТС по маршруту, а также информация о пользователях, перевозимых грузах и х назначении, времени погрузки, нахождении грузов в каждом БТС в составе колонн и в отдельных БТС во время их движения по маршруту, (см. патент КНР № CN 107507444 A, SMART ROAD SYSTEM FOR UNMANNED DRIVING AND CONTROL METHOD THEREOF, заявитель UNIV CHONGQING SCI & TECH  опубл. 22.12.2017),
Важными недостатками данного известного способа управления движением БТС и/или БТС в составе колонн, оснащенных системами управления движением и взаимодействующими с системами управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, также являются сложность, недостаточная надежность работы и высокая стоимость систем управления движением всех БТС в эксплуатации, вызванная необходимостью выполнения и дублирования каждой СУД БТС завышенного количества дублируемых функций анализа климатических условий, параметров дорог, анализа дорожной обстановки, выявления рисков ДТП, а также формирования и передачи СУД БТС команд управления на собственные привода управления.
Также недостатком системы управления является излишне сложная система управления движением, которая реагирует только на вновь обнаруженные препятствия, требующая для их объезда использования еще более сложной СУД на БТС.
Известен способ дистанционного управления посредством сети путевых средств беспроводной связи интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги движением отдельных беспилотных транспортных средств и/или их колонн, при котором перед началом движения для каждого БТС и/или БТС в составе колонны устанавливают их индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователями маршрута движения каждого БТС и/или колонны из БТС, включающее начальные пункты отправления и конечные пункты прибытия, с предполагаемыми заданными временами начала движения и контрольными временами нахождения в пути и прибытия, выбранных допустимых интервалов времени нахождения в пути и в выбранных заданных направлениях движения;
затем каждый маршрут БТС и их колонн передают в систему путевых центров управления ИТИ, последняя получает информацию о заданных маршрутах пользователей, производит мониторинг местоположения и взаимного положения каждого БТС в составе колонны, колонны в целом на выбранном пути движения, подбирает лидера колонны и определяет порядок движения отдельных БТС и разрабатывает их маршрутные карты; с учетом данных их систем технического зрения, включающих видеокамеры, радары и другие датчики по определению скоростей движения, мест ускорений и торможений впереди находящихся БТС по отношению как к каждому отдельному, так и находящемуся в составе колонны БТС;
результаты расчетов предварительных маршрутных карт направляют в региональный центр управления, после подтверждения возможности движения всех БТС и БТС в составе колонн центральный региональный центр управления СУ ИТИ дает подтверждение возможности начала движения по предварительным маршрутным картам, при перегрузке отдельных дорог региональный центр управления СУ ИТИ перенаправляет часть БТС и БТС в составе колонн по другим дорогам и составляет для них маршрутные карты с обходными маршрутами;
после получения подтверждения возможности движения и/или маршрутных карт с обходными маршрутами и по результатам мониторинга и обмена информацией между путевыми центрами управления СУ ИТИ устанавливают контакт управления с каждым отдельным БТС и БТС в составе колонн СУ ИТИ производят, анализ и обработку данных, по результатам которых передают команды в СУ лидерам колонн и в системы управления движением БТС по корректировке их маршрутов движения, режимов движения и по установлению дистанций между отдельно движущимися БТС, которые формируются с учетом внешних и внутренних условий, из которых внешними являются время суток, погодные условия, состояние дорожной обстановки на дороге, например, ее ширина, пропускная способность, тип и состояние дорожного покрытия, рельеф и высота местности, наличие дорожных знаков, дорожной разметки, светофоров и условия движения транспортного потока, включающие, по меньшей мере, наличие препятствий, интенсивность транспортного потока, его состав, позиционирование БТС и колонн БТС, а внутренними могут быть такие как тип и характеристики БТС по весу, габаритам, маршруты движения, техническое состояние транспортного средства (возраст, пробег, состояние трансмиссии тормозной системы, рулевого управления, температура двигателя каждого отдельного и в составе колонны БТС, показания одометра), возраст водителя, время, в течение которого водитель находится за рулем транспортного средства и оставшееся время для водителя до конца движения каждых колонн и БТС по маршруту, а также информация о пользователях, перевозимых грузах и х назначении, времени погрузки, нахождении грузов в каждом БТС в составе колонн и в отдельных БТС во время их движения по маршруту (см. патент КНР № CN 107885197 A, CONTROL METHOD AND DEVICE FOR DRIVERLESS VEHICLE IN INTELLIGENT PUBLIC TRANSPORT SYSTEM, заявитель CRRC INDUSTRIAL RES INSTITUTE CO LTD  опубл. 06.04.2018).
Важными недостатками и данного известного способа управления движением БТС и/или БТС в составе колонн, оснащенных системами управления движением и взаимодействующими с системами управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, также являются сложность, недостаточная надежность работы и высокая стоимость систем управления движением всех БТС в эксплуатации, вызванная необходимостью выполнения и дублирования каждой СУД БТС завышенного количества дублируемых функций анализа климатических условий, параметров дорог, анализа дорожной обстановки, выявления рисков ДТП, а также формирования и передачи СУД БТС команд управления на собственные привода управления.
В качестве недостатка необходимо отметить в известном способе также сложность и чрезмерно большой объем вычислительных операций, вызванный необходимостью обработки и анализа завышенного массива данных, поступающих от датчиков, необходимость формирования команд управления приводами в каждом СУД БТС, сложность алгоритмов управления, применяемого математического аппарата, программного обеспечения систем и подсистем управления.
Недостатком данной известной системы управления движением является также излишне зарегламентированное управление средствами общественного транспорта.
Известен способ дистанционного управления посредством сети путевых средств беспроводной связи интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги движением отдельных беспилотных транспортных средств и/или их колонн, при котором перед началом движения для каждого БТС и/или участника колонны устанавливают их индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователями маршрута движения каждого БТС и колонн в составе БТС, включающее начальные пункты отправления и конечные пункты прибытия, с предполагаемыми заданными временами начала движения и контрольными временами нахождения в пути и прибытия, выбранных допустимых интервалов времени нахождения в пути и в выбранных заданных направлениях движения;
затем каждый маршрут БТС и их колонн передают в систему путевых центров управления ИТИ, последняя получает информацию о заданных маршрутах пользователей, производит мониторинг местоположения и взаимного положения каждого БТС в составе колонны, колонны в целом на выбранном пути движения, подбирает лидера колонны и определяет порядок движения отдельных БТС и разрабатывает их маршрутные карты;
результаты расчетов предварительных маршрутных карт направляют в центральный региональный центр управления, после подтверждения возможности движения всех БТС и/или БТС в составе колонн центральный региональный центр управления СУ ИТИ дает подтверждение возможности начала движения по предварительным маршрутным картам, при перегрузке отдельных дорог региональный центр управления СУ ИТИ перенаправляет часть БТС и/или БТС в составе колонн по другим дорогам и составляет для них маршрутные карты с обходными маршрутами;
после получения подтверждения возможности движения и/или маршрутных карт с обходными маршрутами и по результатам мониторинга и обмена информацией между путевыми центрами управления СУ ИТИ устанавливают контакт управления с каждым отдельным БТС и/или БТС в составе колонн СУ ИТИ производят, анализ и обработку данных, по результатам которых передают команды в СУД лидерам колонн и в системы управления движением БТС по корректировке их маршрутов движения, режимов движения и по установлению дистанций между отдельно движущимися БТС, которые формируются с учетом внешних и внутренних условий, из которых внешними являются время суток, погодные условия, состояние дорожной обстановки на дороге, например, ее ширина, пропускная способность, тип и состояние дорожного покрытия, рельеф и высота местности, наличие дорожных знаков, дорожной разметки, светофоров и условия движения транспортного потока, включающие, по меньшей мере, наличие препятствий, интенсивность транспортного потока, его состав, позиционирование БТС и колонн БТС, а внутренними могут быть такие как тип и характеристики БТС по весу, габаритам, маршруты движения, техническое состояние транспортного средства (возраст, пробег, состояние трансмиссии тормозной системы, рулевого управления, температура двигателя каждого отдельного и в составе колонны БТС, показания одометра), возраст водителя, время, в течение которого водитель находится за рулем транспортного средства и оставшееся время для водителя до конца движения БТС по маршруту, а также информация о пользователях, перевозимых грузах и х назначении, времени погрузки, нахождении грузов в каждом отдельном БТС во время их движения по маршруту (см. патент КНР № CN 105702072 А, IoT-based traffic and transportation system, заявитель WEIFANG UNIV OF SCIENCE & TECH  опубл. 22.06.2016).
Недостатками данного известного способа управления движением БТС и/или БТС в составе колонн, оснащенных системами управления движением и взаимодействующими с системами управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, также являются сложность, недостаточная надежность работы и высокая стоимость систем управления движением всех БТС в эксплуатации, вызванная необходимостью выполнения и дублирования каждой СУД БТС завышенного количества дублируемых функций анализа климатических условий, параметров дорог, анализа дорожной обстановки, выявления рисков ДТП, а также формирования и передачи СУД БТС команд управления на собственные привода управления.
К недостаткам известной системы управления следует отнести излишне большой объем данных для управления, передаваемый в СУД БТС, и соответственно высокая стоимость систем управления движением БТС.
Известен способ дистанционного управления посредством сети путевых средств беспроводной связи интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги движением отдельных беспилотных транспортных средств и/или их колонн, при котором перед началом движения для каждого БТС и/или участника колонны устанавливают их индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователями маршрута движения каждого БТС и их колонн, включающее начальные пункты отправления и конечные пункты прибытия, с предполагаемыми заданными временами начала движения и контрольными временами нахождения в пути и прибытия, выбранных допустимых интервалов времени нахождения в пути и в выбранных заданных направлениях движения;
затем каждый маршрут БТС и их колонн передают в систему путевых центров управления ИТИ, последняя получает информацию о заданных маршрутах пользователей, производит мониторинг местоположения и взаимного положения каждого БТС в составе колонны, колонны в целом на выбранном пути движения, подбирает лидера колонны и определяет порядок движения отдельных БТС и разрабатывает их маршрутные карты с учетом данных их систем технического зрения, включающих видеокамеры, радары и другие датчики по определению скоростей движения, мест ускорений и торможений впереди находящихся БТС по отношению как к каждому отдельному, так и находящемуся в составе колонны БТС;
результаты расчетов предварительных маршрутных карт направляют в региональный центр управления, после подтверждения возможности движения всех БТС и/или БТС в составе колонн центральный региональный центр управления СУ ИТИ дает подтверждение возможности начала движения по предварительным маршрутным картам, при перегрузке отдельных дорог региональный центр управления СУ ИТИ перенаправляет часть БТС и/или БТС в составе колонн по другим дорогам и составляет для них маршрутные карты с обходными маршрутами;
после получения подтверждения возможности движения и/или маршрутных карт с обходными маршрутами и по результатам мониторинга и обмена информацией между путевыми центрами управления СУ ИТИ устанавливают контакт управления с каждым отдельным БТС и/или БТС в составе колонн СУ ИТИ производят, анализ и обработку данных, по результатам которых передают команды в СУ лидерам колонн и в системы управления движением БТС по корректировке их маршрутов движения, режимов движения и по установлению дистанций между отдельно движущимися БТС, которые формируются с учетом внешних и внутренних условий, из которых внешними являются время суток, погодные условия, состояние дорожной обстановки на дороге, например, ее ширина, пропускная способность, тип и состояние дорожного покрытия, рельеф и высота местности, наличие дорожных знаков, дорожной разметки, светофоров и условия движения транспортного потока, включающие, по меньшей мере, наличие препятствий, интенсивность транспортного потока, его состав, позиционирование БТС и колонн БТС, а внутренними могут быть такие как тип и характеристики БТС по весу, габаритам, маршруты движения, техническое состояние транспортного средства (возраст, пробег, состояние трансмиссии тормозной системы, рулевого управления, температура двигателя каждого отдельного и в составе колонны БТС, показания одометра), возраст водителя, время, в течение которого водитель находится за рулем транспортного средства и оставшееся время для водителя до конца движения каждых колонн и БТС по маршруту, а также информация о пользователях, перевозимых грузах и х назначении, времени погрузки, нахождении грузов в каждом БТС в составе колонн и в отдельных БТС во время их движения по маршруту (см. патент США №US 8914225 В2, MANAGING VEHICLES ON A ROAD NETWORK, заявитель INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION, опубл. 16.12.2016).
Недостатками известного способа управления движением БТС и/или БТС в составе колонн, оснащенных системами управления движением, взаимодействующими с системами управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, которые в основном обеспечивают решение задач формирования и контроля выполнения маршрутов движения БТС и/или БТС в составе колонн, информационную, навигационную поддержку СУД БТС и/или БТС в составе колонн, а также обеспечивают решение задач создания информационной системы в области автотранспортной телематики, направленных на формирование баз статистических и аналитических данных о транспортных средствах и дорожной инфраструктуре, поведенческих моделей пассажиров и водителей, и формирование иной информации, связанной с логистикой людей и грузов, являются сложность, недостаточная надежность работы и высокая стоимость систем управления движением всех БТС в эксплуатации, вызванная необходимостью выполнения и дублирования каждой СУД БТС завышенного количества дублируемых функций анализа климатических условий, параметров дорог, анализа дорожной обстановки, выявления рисков ДТП, формирования и передачи СУД БТС команд управления на собственные привода управления.
Важным недостатком способа управления движением известной СУД ИТИ является также излишне сложная система коммуникаций с использование интернет сети, которая в силу разных причин имеет сбои в работе.
Обобщая изложенное, следует констатировать, что принципиальными недостатками всех способов управления движением с помощью СУД БТС и БТС в составе колонн, известных из аналогов и прототипа, оснащенных системами управления движением, взаимодействующими с системами управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, которые в основном реализуют информационную, навигационную поддержку СУД БТС и/или БТС в составе колонн, а также обеспечивают решение задач создания информационной системы в области автотранспортной телематики, направленных на формирование баз статистических и аналитических данных о транспортных средствах и дорожной инфраструктуре, поведенческих моделей пассажиров и водителей, и формирование иной информации, связанной с логистикой людей и грузов, являются следующие:
1. Сложность, недостаточная надежность работы и высокая стоимость систем управления движением всех БТС в эксплуатации, вызванная необходимостью выполнения и дублирования каждой СУД БТС завышенного количества дублируемых функций анализа климатических условий, параметров дорог, анализа дорожной обстановки, выявления рисков ДТП, формирования и передачи СУД БТС команд управления на собственные приводы управления.
2. Завышенный массив данных, поступающих в СУД каждого БТС из систем и средств измерения параметров внешней среды от датчиков СУД БТС и СУД ИТС (климатических условий - давления, температуры, влажности, направления и скорости ветра, наличия дождя, града, снега, инея, тумана, задымленности воздуха над дорогой и др.), параметров оценки окружающей каждый отдельный БТС обстановки в виде других ТС, препятствий и предметов, людей, животных, поступающих, например, от систем технического зрения СУД БТС и СУД ИТИ (от радаров, лидаров, видеокамер, стереокамер, ультразвуковых датчиков, датчиков продольных и поперечных ускорений, датчиков систем навигации и связи, других узлов и агрегатов СУД БТС), параметров дорожной среды (дорожная карта, пропускная способность дорог и количество полос в обе стороны движения, перекрестки, уклоны и др.), а также материала, качества и состояния дорожного полотна и средств дорожной инфраструктуры (например, тип и качество дорожного полотна, его сцепные свойства, наличие на нем воды, гололеда, снега, разливов жидкостей, топлив, масел, место установки дорожных знаков, типы дорожной разметки, место установки и режимы работы светофоров), а также собственных параметров движения каждого ТС (например, скоростей вращения колес, положений рулевого управления, педалей тормозной системы, сцепления, положения рычага коробки передач, режимов работы силовых установок, параметров и режимов работы приводов управления БТС, результатов диагностики, мониторинга и работоспособности, состояния, ресурса работы БТС, СУД БТС, их систем, узлов и агрегатов и т.п.) и др., в том числе данных об авариях, пробках, пожарах, чрезвычайных ситуациях, загрязнении воздуха над дорогами.
3. Сложность и чрезмерно большой объем вычислительных операций, вызванный необходимостью обработки и анализа чрезмерно завышенного массива данных, поступающих от датчиков, перечисленных в п. 2, необходимость формирования команд управления приводами в каждом СУД БТС, сложность алгоритмов управления, применяемого математического аппарата, программного обеспечения систем и подсистем управления.
4. Невозможность полного устранения ложных срабатываний, сбоев в работе и выхода из строя систем управления движением, их датчиков и компонентов на всех без исключения БТС на маршрутах их движения, количество которых будет достигать по аналогии с пропускной способностью современных дорог, 40 тыс. шт. БТС/час и более. Сбои в работе и ложные срабатывания СУД БТС, состоящих из соответствующих датчиков, контроллеров, исполнительных устройств, интерфейсов, будут происходить вследствие недостаточного качества обнаружения и распознавания датчиками препятствий, дорожной разметки, знаков, сигналов светофоров, вследствие сбоев при оценке состояния дорожных, погодных и климатических условий, из-за влияния осадков, времени суток и др.
5. Ограниченность надежной работы систем управления движением при перемещении БТС на всех эксплуатационных режимах - скоростных режимах движения, при разгонах, торможении, при езде на гравийных, песчаных и грунтовых дорогах, на мокром и заснеженном дорожном покрытии, при гололеде, в различное время суток, при сверхнизких и повышенных температурах внешней среды, на высокогорных дорогах и др.
6. Сложность, трудоемкость и большая стоимость СУД БТС и обслуживания их в эксплуатации, вызванные использованием сложных систем, методик проверки и необходимостью проведения диагностики и отладки СУД в специализированных центрах с высококвалифицированными специалистами.
Кроме изложенных недостатков известных способов управления, важно отметить и то, что в процессе разработки и массового применения беспилотных транспортных средств на действующей сети дорог, вследствие постоянного совместного управления и контроля управляющих действий всех БТС при их синхронном движении, требуется высокоточное управление движением отдельных БТС и колонн БТС, учитывающее:
во-первых, маршруты движения отдельных БТС и БТС в составе колонн;
во-вторых, пространственное положение их на полосе движения дорожного полотна;
в-третьих, параметры движения каждого отдельного БТС и колонн БТС и окружающих их ТС;
в-четвертых, наличие возможных препятствий на дороге;
в-пятых, такие параметры дороги, как конфигурация согласно рельефу местности, как вид дорожного покрытия и его состояние, наличие на нем воды, снега, гололеда, инея и т.д.;
в-шестых, такие климатические условия, как высокая, низкая и сверхнизкая температура окружающего воздуха, ветер, дождь, град, снег, туман, запыленность и задымленность воздуха над дорогами и др.
Высокоточное управление также требует повышения надежности передачи команд управления согласно маршрутной карты от интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги к СУД отдельных БТС и к СУД БТС в составе колонн и контроля их выполнения. При этом необходимо снизить объем курсирующей туда и обратно информации, т.е. снизить нагрузку на средства связи, анализа и управления, что позволит из-за уменьшения ошибок и искажений команд при их передаче средствами связи и управления повысить надежность и качество управления потоком БТС в дорожном движении. Также необходимо оптимизировать маршруты движения каждого из БТС, колонн из БТС и транспортные потоки в целом, повысить пропускную способность отдельных дорог и сети дорог регионов в целом, сократить время нахождения в пути каждого БТС и колонн БТС, что позволит снизить аварийность и уменьшить загрязнение окружающего воздуха вследствие уменьшения количества причин для изменения оптимальных режимов движения, например, при выполнении маневров.
Основной проблемой повышения надежности, эффективности управления транспортным потоком БТС и колонн из БТС и качества управления движением БТС на дороге, решение которой позволяет повысить безопасность дорожного движения, сократить или оптимизировать длину маршрутов и время в пути в соответствии с пропускной способностью отдельных дорог в дорожной сети региона, является не только оптимизация маршрутов движения, но и повышение точности позиционирования каждого из ТС, БТС и колонн из БТС на дороге, в том числе относительно других участников дорожного движения. Для корректировки этого требуется постоянная подача команд для изменения направления движения и положения из-за отклонений от среднего положения каждого БТС на дорожном полотне в пределах его полосы движения, так как оно постоянно изменяется из-за случайных причин, таких как, неровности дорожного покрытия, неравномерные триботехнические показатели дорожного покрытия (например, коэффициенты трения, сцепления с дорожным покрытием и гранулометрические показатели наполнителя покрытия, определяющего шероховатость или ровность дорожной поверхности, и т.д.). Кроме этого для повышения надежности и эффективности управления обеспечение безопасности режимов движения может быть достигнуто путем минимизации числа выполняемых маневров каждым БТС и каждой колонной БТС на дороге относительно других участников дорожного движения даже при быстром изменении дорожных условий, а также за счет минимизации маневров и отклонений от оптимального режима движения, например, соответствующего, например, по таким параметрам, как минимальный расход топлива и/или минимизация вредных выбросов. Этому способствует снижение нагрузки на средства связи и управления движением. Реализация данного возможна только путем автоматизации процесса позиционирования при минимизации управляющих команд, которое может быть выполнено только путем упрощения сигнала о передаваемой информации по выполнению действий позиционирования и их включение в сигнал контроля и управления, а также за счет автоматизации позиционирования БТС на дорожном полотне путем постоянного отслеживания и корректировки случайных спорадических отклонений от основного курса на маршруте. В наибольшей степени этого можно достигнуть при помощи штатных и дополнительно установленных датчиков и средств позиционирования БТС на дорогах в дорожном полотне и/или внешних датчиков, установленных сбоку и/или над дорогами, входящих в состав СУ ИТИ, а также с путем разработки алгоритмов управления и программного обеспечения, реализуемых в СУ ИТИ, для непосредственной передачи команд управления от путевого ЦУ ИТИ напрямую в приводы управления БТС и/или БТС в составе колонн.
Следует разъяснить значение основных терминов, используемых в описании.
Путевой центр управления включает путевые средства связи, путевой процессор управления и управляет дорожным движением каждого БТС и каждой колонны БТС по соответствующему маршруту на участке обслуживания, на подконтрольном путевому серверу и пределах участков устойчивой передачи всей необходимой информации его средствами связи. Очевидно, что для устойчивой и надежной связи и передачи информации, зоны действия средств связи путевых центров управления должны пересекаться и работать взаимно согласовано и последовательно, чтобы сигналы от соседних серверов и их средств связи не мешали один другому.
Центральный сервер регионального центра управления ИТИ (или центра управления ИТИ региона) предназначен для выбора и оптимизации каждого маршрута в сети дорог региона, подконтрольных соответствующему региональному центру управления ИТИ, и его оптимизации для каждого БТС и/или каждой колонны БТС в соответствии с возможностями и состоянием путевых центров управления, пропускной и нагрузочной способностью дорог, выбранных для осуществления и выполнения движения каждого БТС и каждой колонны БТС по соответствующему маршруту, т.е. оптимального по времени движения и/или кратчайшего по расстоянию движения, по минимизации вредных выбросов или другим критериям, например, по материальным затратам, таким как общий (на весь маршрут) или удельный (на километр пути, или тонно-километр транспортной работы) расход топлива, и т.д.
Очевидно, что если маршрут длинный и проходит по нескольким регионам, то составление такого маршрута должно происходить или на центральном сервере межрегионального центра управления ИТИ соответствующего уровня, или же путем взаимного объединения региональных частей маршрута, позволяющим составить, синхронизировать конец одной части маршрута с началом следующей части во взаимосвязанных регионах или объединить отдельные части маршрута от региональных центров управления ИТИ другими известными средствами.
Маршрутная карта - машиночитаемая программа действий и параметров движения БТС и/или каждого БТС в составе колонны, выполняемая и контролируемая бортовыми средствами БТС.
Штатные или основные внешние путевые средства мониторинга и контроля состояния всей дорожной обстановки на всей сети автомобильных дорог могут быть выполнены, например, в виде постоянно действующих с заданной периодичностью путевых систем контроля, анализа и мониторинга дорожных условий, состоящих из необходимого и достаточного набора локальных и/или распределенных датчиков состояния движения, расположенных вдоль дорог соответствующего рассчитанного маршрута движения БТС в составе колонн и/или отдельных БТС.
Дополнительные внешние путевые средства мониторинга и контроля состояния всей дорожной обстановки на всей сети автомобильных дорог могут быть выполнены, например, в виде постоянно действующих в режиме реального времени внешних путевых систем технического зрения, включающих, по меньшей мере, видеокамеры и радары, установленные вдоль дорог и над ними, и технических средств мониторинга и контроля дорожных условий, которые постоянно в режиме реального времени производят сканирование, распознавание, регистрацию всех движущихся и неподвижных объектов и определяют параметры их положения и движения на дорогах и прилегающих к ним территориях по маршрутам их движения.
Очевидно, что разделение внешних путевых средств мониторинга и контроля состояния всей дорожной обстановки на штатные и дополнительные является в достаточной степени условным, так как режим их работы может быть принудительно изменен в любой необходимый момент, который может быть изменен в силу необходимости, например, вследствие резкого ухудшения дорожной обстановки или наоборот при пустых дорогах вместо постоянного контроля для уменьшения энергопотребления переведен в режим периодического контроля.
При слиянии колонн присоединение отдельных беспилотных транспортных средств (БТС) и/или колонн, предполагающее двигаться по одной дороге с уже сформированной колонной, но движущейся по другой дороге, необходимо учитывать изменение маршрута отдельных беспилотных транспортных средств (БТС) и условий их движения при присоединении.
Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение надежности работы и эффективности управления движением колонн БТС и/или отдельных беспилотных транспортных средств.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе дистанционного управления автономным движением колонн и/или беспилотных транспортных средств (БТС) интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ИТИ) сети автомобильных дорог, в котором через путевые средства беспроводной связи соответствующего путевого центра управления передают к региональному центру управления и после обработки от регионального центра управления получают информацию о маршруте, и через которые пользователи колонн БТС и/или отдельных БТС задают маршруты их движения с данными о пунктах отправления, промежуточных остановок и прибытия с заданным временем нахождения в пути, и передают перечисленные данные в региональный центр управления интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ЦУ ИТИ), где их обрабатывают, рассчитывают окончательные оптимальные маршруты, составляют маршрутные карты и передают их полностью или порционно в путевые центры управления, которые передают команды, разрешающие движение каждому БТС и/или каждому БТС в составе колонны в автоматическом режиме по их маршруту в соответствии с их маршрутными картами;
причем с помощью каждого путевого ЦУ ИТИ выполняют следующие действия:
перед началом движения для каждого БТС и/или каждого БТС в составе колонны устанавливают или определяют имеющийся у них индивидуальный идентификационный код, производят согласно индивидуальным идентификационным кодам каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС их идентификацию, регистрацию маршрута мониторинг начального местоположения, а после начала движения выполняют мониторинг параметров движения каждого из БТС в составе колонн, и/или отдельных БТС и их взаимного положения на полосах движения согласно дорожной разметки, скорости движения, ускорений, торможений;
определяют порядок движения и разрабатывают предварительные маршрутные карты для всех БТС, вновь вступающих в движение в составе колонн, и/или для каждого из отдельных БТС или выявляют команды регионального центра управления, изменяющие их порядок движения по существующим маршрутным картам;
контролируют состояние всей дорожной обстановки на всей сети автомобильных дорог путем анализа данных, поступающих от пользователей, собственных систем управления движением БТС и штатных внешних путевых систем контроля, анализа и мониторинга дорожных условий ИТИ, производят анализ, по меньшей мере, таких характеристик, как маршрут движения и его выполнение, тип и тактико-технические характеристики каждого БТС, его систем, узлов и агрегатов, вес, габариты, грузоподъемность, техническое состояние БТС и его агрегатов, а также, по меньшей мере, таких данных о перевозимых грузах, как их назначение, степень опасности, время погрузки и доставки, а при анализе информации от внешних путевых систем контроля, анализа и мониторинга дорожных условий производят и анализируют, по меньшей мере, такие данные, как колебания и изменения суточных, погодных и иных климатических условий и их прогнозов в зонах автомобильных дорог по маршруту, параметры позиционирования каждого БТС, а также от штатных путевых систем контроля, анализа и мониторинга дорожных условий производят формирование и анализ, по меньшей мере, таких данных о дороге, как ее ширина, пропускная способность в обоих направлениях, типы и состояние дорожного покрытия, наличие дорожных знаков, дорожной разметки, светофоров, а также условия и интенсивность движения транспортного потока, его состав разрешенные скорости движения, порядок последовательного ускорения и торможения каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС, а также других транспортных средств, возникновение аварийных ситуаций, проведение плановых или срочных строительно-дорожных работ;
на каждом участке дорожного полотна, подконтрольном соответствующему путевому центру управления сети автомобильных дорог, посредством локальных и/или распределенных датчиков состояния движения, расположенных вдоль дорог рассчитанного маршрута, контролируют состояние дорожной обстановки и условия движения транспортного потока, включая, по меньшей мере, данные о рельефе местности, интенсивности транспортного потока, его составе, позиционировании каждого БТС на полосах движения и оптимальном распределении на них БТС и/или БТС в составе колонн;
производят анализ и обработку, по меньшей мере, всех перечисленных данных, передают их в региональный центр управления, обрабатывают и по результатам обработки которых формируют и корректируют маршруты движения, маршрутные карты и передают их и команды, разрешающие движение каждому БТС и/или каждому БТС в составе колонны в автоматическом режиме по их маршруту с обеспечением задаваемых маршрутными картами скоростных режимов движения, ускорений, торможений и дистанций между каждым из БТС в колонне и/или отдельных БТС, причем при перегрузке отдельных дорог составляют для части колонн БТС и/или отдельных БТС уточненные маршрутные карты с обходными маршрутами по другим дорогам дорожной сети и соответствующие команды, разрешающие движение в автоматическом режиме для этой части БТС, разработанные в региональном центре ЦУ ИТИ в подконтрольной региональному ЦУ ИТИ сети автомобильных дорог, причем, при реализации способа в региональном центре управления ИТИ с заданной периодичностью с помощью дополнительных собственных внешних путевых систем технического зрения, включающих, по меньшей мере, видеокамеры и радары, установленные вдоль дорог и над ними, и технических средств контроля дорожных условий дополнительно в режиме реального времени производят сканирование, распознавание, регистрацию всех движущихся и неподвижных объектов и определяют параметры их положения и движения на дорогах и прилегающих к ним территориях по маршрутам их движения;
также выполняют с заданной периодичностью и с учетом данных сканирования сбор, обработку, анализ и обновление баз данных о дорожных условиях, по меньшей мере, таких как временные дорожные ограничения, материал и свойства дорожного полотна, наличие и указания регулировщика дорожного движения, наличие чрезвычайных ситуаций;
далее с заданной периодичностью дополнительно осуществляют обновление баз данных по мониторингу состояния климатических и экологических условий внешней среды в зонах сети автомобильных дорог и сбор с помощью путевых собственных и дополнительных датчиков, установленных вдоль автомобильных дорог, над ними и в дорожном полотне, по меньшей мере, таких данных, как температура дорожного полотна, снижающие прозрачность и видимость на дороге воздушные аэрозоли и атмосферные осадки, наличие на дорожном полотне сконденсировавшейся или замороженной влаги, содержание вредных веществ в воздухе, в виде таких веществ, как газообразные вещества, твердые или жидкостные аэрозоли;
затем по результатам анализа и обработки перечисленных обновленных и дополненных данных в соответствии с заранее задаваемыми критериями опасности груза и маршрута определяют значения параметров движения каждого БТС, сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критические их величины в отношении движения каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС, при необходимости, производят коррекцию маршрутов и/или режимов их движения и, после выполнения всех перечисленных действий, в региональном ЦУ ИТИ для подконтрольной ЦУ ИТИ сети автомобильных дорог формируют и передают команды управления в путевые центры управления, которые осуществляют управление движением каждого БТС в составе колонн и/или отдельных БТС путем передачи команд управления непосредственно на их приводы управления, по меньшей мере, поворотом колес, тормозной системой и тяговой установкой, а также, при наличии, коробкой передач и сцеплением.
Пространственное положение и параметры движения каждого БТС и/или каждой колонны БТС системой управления ИТИ могут контролироваться с помощью внешних датчиков интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги, которые могут регистрировать идентификацию, прохождение мерных, например, мильных участков дороги, определять положение каждого БТС и/или БТС в составе колонн на их полосах движения согласно дорожной разметки и расстояние до других ближайших АУ БТС и/или БТС в составе колонн.
Для надежной оценки окружающей обстановки, надежного распознавания дорожных знаков, разметки, светофоров контроля пространственного положения, параметров движения каждого БТС и каждого БТС в составе колонны, расстояний между БТС и в ИТИ вдоль дорог и над ними устанавливают собственные внешние путевые системы технического зрения, включающие, по меньшей мере, видеокамеры и радары, а также другие технические средства мониторинга и контроля дорожных условий, например, локальных и/или распределенных датчиков положения и состояния движения на дорожной сети, которые в режиме реального времени производят гарантированную оценки окружающей обстановки и дорожных условий, сканирование, распознавание, регистрацию всех движущихся и неподвижных объектов, определяют параметры их положения и движения на дорогах и прилегающих к ним территориях по маршрутам движения каждого БТС и каждого БТС в составе колонны.
Системы технического зрения БТС обычно не имеют возможности проводить надежную оценку окружающей обстановки, гарантированное распознавание дорожных знаков, разметки, светофоров, контроль пространственного положения, параметров движения каждого БТС и каждого БТС в составе колонны, расстояний между БТС, надежную и качественную идентификацию ТС, БТС, препятствий, людей и животных на дорогах и т.д. вследствие отсутствия надежной работы датчиков и систем технического зрения при движении БТС на всех эксплуатационных режимах - скоростных режимах движения, при разгонах, торможении, при езде на гравийных, песчаных и грунтовых дорогах, на мокром и заснеженном дорожном покрытии, при гололеде, в различных климатических условиях (при разных величинах давлений, температур, влажности окружающего воздуха, направлениях и скорости ветра, при наличии дождя, града, снега, инея, тумана, задымленности воздуха над дорогой). Недостатками применения систем технического зрения являются значительно большие отказы в их работе вследствие вибрационных и ударных нагрузок при движении БТС, а также трудоемкость, сложность и высокая стоимость при обслуживании по сравнению со стационарным их использованием в ИТС.
Наконец, по результатам анализа и обработки перечисленных обновленных и дополненных данных в соответствии с заранее задаваемыми критериями опасности груза и маршрута определяют значения параметров движения каждого БТС, сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критические их величины в отношении движения каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС, при необходимости, производят коррекцию маршрутов и/или режимов их движения и, после выполнения всех перечисленных действий, в региональном ЦУ ИТИ для подконтрольной ЦУ ИТИ сети автомобильных дорог формируют и передают команды управления в путевые центры управления, которые осуществляют управление движением каждого БТС в составе колонн и/или отдельных БТС путем передачи команд управления непосредственно на их приводы управления, по меньшей мере, поворотом колес, тормозной системой и тяговой установкой, а также, при наличии, коробкой передач и сцеплением.
При этом весь цикл управления движением каждого БТС в составе колонн и/или отдельных БТС с помощью ЦУ ИТИ производят с учетом движения всех БТС в составе колонн и/или отдельных БТС, а также ТС на всех дорогах, примыкающих к маршрутам движения каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС.
Так же с помощью ЦУ ИТИ на длинных маршрутах движения производят весь цикл управления движением каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС под полным и постоянным контролем путевых центров управления согласно маршрутной карте регионального ЦУ ИТИ, передаваемых полностью или порционно через путевые и/или региональные центры управления сети автомобильных дорог в пределах сегментов территории обслуживания каждого из них.
При этом очевидно, что начало движения по маршруту под управлением последующего путевого или регионально центра управления должно быть согласовано с окончанием управления предыдущего путевого или регионально центра управления и их взаимным согласованием передачи управления и выполнения действий, согласно общей дорожной карты или ее части.
Управление движением по маршрутам и контроль положения на дорожном полотне каждого БТС и/или каждой колонны БТС согласно каждой маршрутной карты с помощью дополнительных средств ИТИ проводят посредством локальных и/или распределенных датчиков положения и состояния движения на дорожной сети путем сравнения, контроля и определения положения относительно других БТС и/или колонн БТС и пространственного позиционирования на полосе движения, а определение параметров и динамику движения каждого БТС и/или каждой колонны БТС - также путем контроля динамического изменения в режиме реального времени пространственного положения и расположения каждого БТС и/или каждой колонны БТС на каждой полосе движения дорожного полотна.
Предложенная последовательность действий и средства для ее осуществления позволяют повысить точность и эффективность управления движением каждого БТС и/или БТС в составе колонны в транспортном потоке и снизить как первичные, так и текущие затраты на это путем постоянного и полного контроля каждого БТС при оптимальном распределении потоков информации от региональных центров управления к БТС через путевые центры управления, являющиеся основными промежуточными базами хранения информации о порядке управления каждым из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС согласно маршрутных карт регионального центра управления ИТИ, и упростить процесс управления дорожным движением в целом.
Технический результат, характеризующий повышение надежности и эффективности работы предлагаемого способа, а также оптимальность осуществляемой последовательности действий, заключается в оптимизации процессов и распределения материальных средств, позволяющих реализовать действия способа. Основным критерием оптимальности распределения информационных потоков управления является минимизация объема передачи информации для автоматического исполнения действий по управлению движением интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги к отдельному БТС вследствие упрощения сигналов для выполнения команд управления со стороны путевого центра управления, обратных ответов и контрольных проверок, путем оптимального распределения функций по контролю исполнения команд приводами управления БТС, а также оптимизация распределения материальных затрат для ее реализации.
Это возможно, так как передача команд управления и контроля происходит в виде набора простых сигналов управления. Команды по управлению движением привязаны к датчикам ЦУ ИТИ и их пространственному положению, из которого вытекают процессы их выполнения во времени, соответственно которые связаны со скоростью движения, которая представляет собой дифференциальную функцию по времени изменения положения и соответственно перемещения БТС относительно них. По этой причине оптимизация распределения массива управляющих команд на уровне путевого ЦУ ИТИ к каждому БТС в транспортном потоке, участвующих в дорожном движении, определяется: во-первых плотностью расположения путевых средств связи и ранее указанными объективными возможностями передачи команд, необходимых и достаточных для управления всем транспортным потоком на конкретной дороге, и во-вторых сложностью дорожной обстановки, определяемой интенсивностью движения и внешними условиями окружающей среды.
Оптимальность последовательности действий предложенного способа определяется и минимизацией маневров БТС на дороге, так как в региональном центре управления все маршруты БТС и/или БТС в составе колонн взаимно согласуются при формировании и передачи команд управления централизованно со стороны ЦУ ИТИ в режиме взаимного движения с минимизацией взаимных маневров.
Кроме того это возможно, и потому, что перед началом эксплуатации ИТИ требуются определенные капитальные вложения в основные средства, то есть наибольшие первичные затраты приходятся на капитальное строительство, такие как на построение дорог, строительство центров управления различного уровня ИТИ каждой региональной сети автомобильных дорог, которые будут долговременными капитальными вложениями, предназначенными для длительной эксплуатации с учетом непрерывных текущих изменений, а относительно быстро изнашивающиеся беспилотные транспортные средства оснащаются только приводами управления, в результате чего и стоимость и затраты на обслуживание БТС становятся минимальными, а затраты на капитальное строительство достаточно быстро окупаются.
При необходимости вследствие изменения климатических, сезонных, суточных и т.д. условий, например, при ухудшении видимости из-за тумана, снега или дождя простыми известными датчиками можно легко сгенерировать необходимый сигнал об этом, получаемый через путевой центр управления в региональном центре ИТИ для анализа и оценки необходимости изменения маршрутов движения и маршрутных карт. При этом также маршрутные карты не должны кардинально изменяться, так как такие экстраординарные погодные явления, как торнадо, град и т.п., требующие кардинального изменения параметров движения беспилотных транспортных средств из-за возможных катастрофических последствий, бывают редко, а обычные погодные явления не требуют значительного перераспределения транспорта по сети дорог, так как очевидно, что в региональном ЦУ ИТИ распределение маршрутов движения и расчет распределения транспортных потоков по дорогам региона должен производиться с запасом, учитывающим возможность его изменения и колебаний по статистически определенным вероятностям изменения. Запас также должен распределяться равномерно по сети дорог, так как перегрузка отдельных направлений сети будет повышать вероятность аварийных ситуаций на них.
Выполнение всех необходимых и достаточных действий для получения новых технических результатов с помощью известных материальных средств над известными материальными средствами при реализации предложенного способа управления движением отдельных беспилотных транспортных средств и/или колонн БТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги позволяет получить все указанные новые технические результаты. При этом можно установить следующие причинно-следственные связи между новыми техническими результатами и произведенными действиями способа.
Способ дистанционного управления автономным движением колонн и/или беспилотных транспортных средств интеллектуальной транспортной инфраструктурой сети автомобильных дорог, в котором через путевые средства беспроводной связи соответствующего путевого центра управления передают к региональному центру управления и после обработки от регионального центра управления получают информацию о маршруте, и через которые пользователи колонн БТС и/или отдельных БТС задают маршруты их движения с данными о пунктах отправления, промежуточных остановок и прибытия с заданным временем нахождения в пути, и передают перечисленные данные в региональный центр управления интеллектуальной транспортной инфраструктурой, где их обрабатывают, рассчитывают окончательные оптимальные маршруты, составляют маршрутные карты и передают их полностью или порционно в путевые центры управления, которые передают команды, разрешающие движение каждому БТС и/или каждому БТС в составе колонны в автоматическом режиме по их маршруту в соответствии с их маршрутными картами.
При этом распределение массива маршрутных карт и их частей для исполнения путевыми ЦУ ИТИ, согласно расположению выполняемых частей маршрутов колонн БТС и/или отдельных БТС позволяет оптимизировать распределение и выполнение действий по управлению БТС путевыми ЦУ ИТИ, так как последние не должны иметь значительные объемы долговременной и оперативной памяти, большие, чем необходимый объем баз данных для всех маршрутных карт подконтрольных маршрутов и быть большей производительности, чем потребное максимально возможное число действий для управления потоком БТС, соответствующих максимальной пропускной способности конкретной дороги. А увеличение последней возможно только при реконструкции дорожного полотна и соответствующим изменении средств контроля и управления движением. Очевидно, что оптимальность объема оперативной и долговременной памяти ЦУ ИТИ в основном определяется условиями передачи управляющей информации на приводы управления отдельных БТС и/или БТС в составе колонн, то есть только условиями необходимой плотности расположения средств связи и возможностями устойчивой передачи ими необходимого объема команд и других управляющих действий. В основном это определяется рельефом местности, природными (таких как северное сияние и магнитные бури) и техногенными условиями возникновения помех.
Оптимальность распределения и обработки информации о маршрутах движения колонн БТС и/или отдельных БТС определяется назначением и режимами работы регионального и путевых центров управления.
С помощью путевого ЦУ ИТИ в режиме реального времени выполняют следующие действия.
Перед началом движения для каждого БТС и/или каждого БТС в составе колонны устанавливают или определяют имеющийся у них индивидуальный идентификационный код, производят согласно индивидуальным идентификационным кодам каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС их идентификацию, регистрацию маршрута и начального местоположения, а после начала движения выполняют мониторинг параметров движения каждого из БТС в составе колонн, и/или отдельных БТС на полосах движения согласно дорожной разметки, скорости движения, ускорений, торможений и их взаимного положения.
Определяют порядок движения и разрабатывают предварительные маршрутные карты для всех БТС, вновь вступающих в движение в составе колонн, и/или для каждого из отдельных БТС или выявляют команды регионального центра управления, изменяющие их порядок движения по существующим маршрутным картам.
Идентификационный код каждого БТС и/или каждого БТС в составе колонны может быть составлен из оригинального WIN кода с добавлением другой связанной или кодирующей информации, например, кода сектора движения по сети дорог или связи с интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги. Для простейшего шифрования индивидуальной информации о БТС в сигнале идентификации можно использовать паразитные вставки, не имеющие отношения к указанным видам информации, но внесенные в соответствии с видом самого сигнала идентификационного кода по заданной соответствующим сервером программе.
В процессе прохождения участков маршрута БТС и каждого БТС в составе колонны с помощью системы управления ИТИ контролируют их местоположение и корректируют отклонение от маршрута каждого БТС и/или БТС в составе каждой колонны, нарушение графика движения по маршруту, а по результатам выполнения заданной маршрутной картой программы движения, включающей временной и пространственный график движения, производят корректировку маршрута движения для согласованного движения всех БТС, участвующих в дорожном движении.
Контролируют состояние всей дорожной обстановки на всей сети автомобильных дорог путем анализа данных, поступающих от пользователей, собственных систем управления движением БТС и внешних путевых систем контроля, анализа и мониторинга дорожных условий ИТИ, производят анализ, по меньшей мере, таких характеристик, как маршрут движения и его выполнение, тип и тактико-технические характеристики каждого БТС, его систем, узлов и агрегатов, вес, габариты, грузоподъемность, техническое состояние БТС и его агрегатов, а также, по меньшей мере, таких данных о перевозимых грузах, как их назначение, степень опасности, время погрузки и доставки, а при анализе информации от внешних путевых систем контроля, анализа и мониторинга дорожных условий производят и анализируют, по меньшей мере, такие данные, как колебания и изменения суточных, погодных и иных климатических условий и их прогнозов в зонах автомобильных дорог по маршруту, параметры позиционирования каждого БТС, а также от путевых систем контроля, анализа и мониторинга дорожных условий производят формирование и анализ, по меньшей мере, таких данных о дороге, как ее ширина, пропускная способность в обоих направлениях, типы и состояние дорожного покрытия, наличие дорожных знаков, дорожной разметки, светофоров, а также условия и интенсивность движения транспортного потока, его состав разрешенные скорости движения, порядок последовательного ускорения и торможения каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС, а также других транспортных средств, возникновение аварийных ситуаций, проведение плановых или срочных строительно-дорожных работ.
На каждом участке дорожного полотна, подконтрольном соответствующему путевому центру управления сети автомобильных дорог, посредством локальных и/или распределенных датчиков состояния движения, расположенных вдоль дорог рассчитанного маршрута, контролируют состояние дорожной обстановки и условия движения транспортного потока, включая, по меньшей мере, данные о рельефе местности, интенсивности транспортного потока, его составе, позиционировании каждого БТС на полосах движения и оптимальном распределении на них БТС и/или БТС в составе колонн, по меньшей мере, по таким тактико-техническим характеристикам ТС как по габаритам, и/или по общему весу БТС, и/или по грузоподъемности, и/или по нагрузке на ось.
При реализации способа центр управления ИТИ с помощью собственных внешних путевых систем технического зрения сети автомобильных дорог, включающих, по меньшей мере, видеокамеры и радары, установленные вдоль дорог и над ними, и технических средств контроля дорожных условий дополнительно производят сканирование, распознавание, регистрацию всех движущихся и неподвижных объектов и определяют параметры их положения и движения на дорогах и прилегающих к ним территориях по предполагаемым маршрутам их движения с заданной периодичностью. Путевые системы технического зрения сети автомобильных дорог, по сравнению с известными системами технического зрения, устанавливаемыми на транспортных средствах, позволяют более точно распознавать и определять позиционирование всех транспортных средств на дорожном полотне, скорости их движения, ускорения и торможения, расстояния между транспортными средствами, а также обнаруживать все препятствия, например, не только неподвижные транспортные средства, но и мотоциклистов, велосипедистов, людей, животных и других всевозможных и более мелких предметов на дорогах. Контроль пространственного положения и параметров движения каждого БТС и/или БТС в составе колонны, а также обнаружение препятствий на их полосах движения, как и всего транспортного потока БТС на дорожном полотне по частям и в целом, выполняемый в режиме реального времени, позволяет повысить безопасность, надежность и оперативность реагирования на опасные ситуации на дороге.
Выполняют с учетом данных сканирования сбор, обработку, анализ и обновление баз данных о дорожных условиях с заданной периодичностью, по меньшей мере, таких как временные дорожные ограничения, материал и свойства дорожного полотна, о наличии и указаниях регулировщика дорожного движения, о чрезвычайных ситуациях. Сбор, обработка, анализ и обновление этих баз данных о дорожных условиях необходимы при выполнении процессов анализа дорожной обстановки, формирования и передачи команд управления движением БТС и/или БТС в составе колонн в реальных условиях эксплуатации, поскольку такие данные оказывают свое влияние на безопасность дорожного движения.
Дополнительно осуществляют обновление баз данных по дополнительному мониторингу состояния климатических и экологических условий внешней среды в зонах дорог с помощью путевых собственных и дополнительных датчиков, установленных вдоль автомобильных дорог, над ними и в дорожном полотне, по меньшей мере, таких как данных, как температура дорожного полотна и атмосферные осадки, наличие на дорожном полотне сконденсировавшейся или замороженной влаги, содержание вредных веществ в воздухе, в виде таких веществ, как газообразные, твердые или жидкостные аэрозоли. Дополнительный мониторинг состояния климатических условий внешней среды в зонах дорог с помощью путевых собственных и дополнительных датчиков ИТИ, установленных вдоль дорог, над ними и в дорожном полотне, и учет данных мониторинга при формировании команд управления движением каждого БТС и/или БТС в составе колонн именно в зонах контакта шин с дорожным полотном, а также экологических условий в воздухе в зонах обитания пассажиров в БТС является обязательным и наиболее точным в сравнении с аналогичным мониторингом, проводимым либо в системах управления движением транспортных средств, любо удаленными стационарными системами мониторинга параметров внешней среды. Так, например, точный анализ температуры дорожного полотна, наличие на нем сконденсировавшейся или замороженной влаги, снега, гололеда, атмосферных осадков позволяет исключить аварии транспортных средств из-за потери сцепления шин с дорожным полотном, а мониторинг газообразных, твердых или жидкостных аэрозолей, например, наиболее опасных для здоровья озона, твердых частиц, оксидов азота, оксида углерода позволяет исключить их вредное воздействие на здоровье и даже смертельные исходы для пассажиров во время нахождения в БТС.
С помощью системы управления ИТИ движением БТС и/или БТС в составе каждой колонны от контрольных телевизионных или иных изображений автоматически дополнительно получают информацию о дорожной обстановке и обрабатывают данные результатов сканирования и анализа дорожной обстановки, пространственного положения и параметров движения каждого БТС и БТС в составе каждой колонны БТС на их полосах движения - проводят путем контроля динамического изменения в режиме реального времени пространственного положения с заданной периодичностью в режиме реального времени производят обновление перечисленных выше баз данных, обрабатывают данные по задаваемой заранее программе, по результатам обработки определяют значения параметров перечисленных данных, сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критические их величины в отношении движения каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС, при необходимости, производят коррекцию маршрутов и/или режимов их движения и, после выполнения всех перечисленных действий, в региональном ЦУ ИТИ для подконтрольной ЦУ ИТИ сети автомобильных дорог формируют и передают команды управления в путевые центры управления, которые осуществляют управление движением каждого БТС в составе колонн и/или отдельных БТС путем передачи команд управления непосредственно на их приводы управления, по меньшей мере, поворотом колес, тормозной системой, тяговой установкой и трансмиссией
Информацию о части маршрута согласно маршрутной карты и о порядке движения на участке, подконтрольном путевому центру управления, сохраняют на путевом сервере и передают через путевые средства связи.
Оптимальность распределения потока каждого БТС и БТС в составе колонн по дорожной сети, формируемая через центральный сервер регионального центра управления ИТИ, может зависеть от пропускной способности соответствующей дороги, загруженности сети дорог, состояния и несущей способности ее дорожного полотна в режиме реального времени по погодным и т.п.условиям.
Очевидно, что скорости, ускорения и другие динамические показатели изменения положения каждого БТС и/или БТС в составе колонн БТС во времени и в пространстве являются производными от времени и пространственного положения каждого БТС и БТС в составе колонн и легко вычисляются по изменению их положения относительно изменения координат, заданных пространственным образом, по реальному текущему значению времени действия. Такие изменения могут быть отражены в командах управления согласно измененным маршрутным картам, передаваемым из регионального центра управления через путевые центры управления на каждое АУ БТС. А по ним соответственно можно определить или задать заранее управляющие воздействия на приводы управления движением БТС, например, такие, как изменение положение органа управления тормозом или тяговой установкой при движении в гору и с горы.
Движение по маршруту и все соответствующие команды управления согласно маршрутным картам каждого из БТС в составе колонн БТС и/или отдельных БТС по заданным маршрутам, разработанным в региональном центре управления интеллектуальной транспортной инфраструктурой для подконтрольной ЦУ ИТИ сети автомобильных дорог и переданными через путевые центры управления, все команды управления выполняются под полным постоянным контролем согласно маршрутной карте ЦУ ИТИ, по меньшей мере, для приводов управления, таких как рулевое управление, тормозная система и привод управления тяговой установкой, кроме этого могут подаваться команды управления на другие системы, например, такие как системы вентиляции и кондиционирования, световой и звуковой сигнализации, очистки стекол и т.п.
В способе управления с помощью ЦУ ИТИ дополнительно производят за счет использования собственных средств наблюдения и контроля ЦУ ИТИ сбор, обработку поступающих данных в соответствии с выше приведенным перечнем на дорогах, примыкающих к дорогам маршрута движения каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС, и производят дополнительную коррекцию маршрутов и/или режимов их движения, по результатам которых формируют порядок совместного движения и передают уточненные управляющие команды непосредственно на приводы управления движением каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС.
При такой последовательности выполнения действий можно достичь гармоничного взаимно согласованного, оптимального по времени и безопасного движения БТС в составе колонн и/или отдельных БТС на всей сети дорог, подконтрольном региональному ЦУ ИТИ.
В способе с помощью ЦУ ИТИ на длинных маршрутах движения производят весь цикл управления движением, во всех управляющих действиях под полным постоянным контролем путевых центров управления согласно маршрутной карте регионального ЦУ ИТИ, по меньшей мере, для приводов управления, таких как рулевое управление, тормозная система и привод управления тяговой установкой каждого из БТС в составе колонн и/или отдельных БТС через путевые и/или региональные центры управления в сети дорог в пределах сегментов территории обслуживания каждого из них.
В соответствии с заявляемым способом управления движением БТС и/или БТС в составе колонн с помощью интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги работа системы управления движением внутри колонн БТС, реализующая предлагаемый способ управления, в общем виде построена на выполнении общего требования обеспечения устойчивого управления движением БТС и БТС в составе колонн интеллектуальной транспортной инфраструктурой сети автомобильных дорог посредством передачи управляющих команд на привода управления движением каждого БТС и/или БТС в составе колонн через беспроводные каналы связи путевых центров управления от центрального сервера регионального центра управления ИТИ.
В соответствии с заявляемым способом управления движением по маршрутам БТС и БТС в составе колонн интеллектуальной транспортной инфраструктурой сети автомобильных дорог могут быть достигнуты технические результаты не только при выполнении всех действий способа, но и при использовании его части.
В данном техническом решении в сравнении с известными способами управления движением БТС и БТС в составе колонн достигаются более простые и значительно меньшие объемы вычислительных операций для выполнения команд и действий по управлению движением БТС и колонн БТС, при этом используются более простые алгоритмы управления, математические преобразования, программное обеспечение систем и подсистем управления ИТИ. Для аналогов с использованием бортовых СУД для управления движением БТС характерен чрезмерно завышенный массив данных, поступающих в СУД каждого БТС из систем и средств измерения параметров внешней среды от датчиков СУД БТС и СУД ИТС (климатических условий - давления, температуры, влажности, направления и скорости ветра, наличия дождя, града, снега, инея, тумана, задымленности воздуха над дорогой и др.), параметров оценки окружающей каждый отдельный БТС обстановки в виде других ТС, препятствий и предметов, людей, животных, поступающих, например, от систем технического зрения СУД БТС и СУД ИТИ (от радаров, лидаров, видеокамер, стереокамер, ультразвуковых датчиков, датчиков продольных и поперечных ускорений, датчиков систем навигации и связи, других узлов и агрегатов СУД БТС), параметров дорожной среды (дорожная карта, пропускная способность дорог и количество полос в обе стороны движения, перекрестки, уклоны и др.), а также материала, качества и состояния дорожного полотна и средств дорожной инфраструктуры (например, тип и качество дорожного полотна, его сцепные свойства, наличие на нем воды, гололеда, снега, разливов жидкостей, топлив, масел, место установки дорожных знаков, типы дорожной разметки, место установки и режимы работы светофоров), а также собственных параметров движения каждого ТС (например, скоростей вращения колес, положений рулевого управления, педалей тормозной системы, сцепления, положения рычага коробки передач, режимов работы силовых установок, параметров и режимов работы приводов управления БТС, результатов диагностики, мониторинга и работоспособности, состояния, ресурса работы БТС, СУД БТС, их систем, узлов и агрегатов и т.п.) и др., в том числе данных об авариях, пробках, пожарах, чрезвычайных ситуациях, загрязнении воздуха над дорогами. По этой причине предлагаемый способ является более простым, надежным и эффективным.
К числу преимуществ, то есть новых технических результатов, достигаемых с помощью новой последовательности действий предлагаемого способа управления ИТИ движением БТС и БТС в составе колонн, следует отметить то, что основные функции системы управления их движением выполняются по сравнению с известными способами управления более простыми техническими средствами мониторинга движения по всей сети автомобильных дорог в соответствии с первичным, задаваемым пользователем маршрутом движения, которые включены в путевые средства управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, включая путевые средства связи, предназначенные для передачи команд управления движением в привода управления движением БТС, содержащих программы команд управления их движением по маршруту, включающих задание режимов и параметров работы приводов управления движением, в том числе таких, как начало движения, разгоны (механизм управления силовой установки), торможение (механизм управления тормозами), поддержание скорости движения (механизм поддержания режима круиз контроля), маневры при помощи комплекса указанных механизмов при движении БТС и/или БТС в составе колонн из пункта отправки А в пункт назначения Б.
При этом в предлагаемом способе управления движением достигается оптимизация распределения функций контроля и управления между системой пространственно-временного синхронизирования движения и определения положения на дорожном полотне каждого конкретного БТС и/или БТС в составе колонны БТС и соответствующим взаимным автоматическим определением положения в транспортном потоке относительно других БТС и/или БТС в составе колонн, при котором система управления ИТИ централизованно задает наиболее оптимальные маршруты и режимы их движения.
Реализация данного способа позволяет достичь новых технических результатов, которые состоят в существенном повышении надежности и эффективности работы всего процесса транспортных перевозок, обеспечении повышения производительности и качества работы транспорта, в улучшении дорожной и экологической безопасности, а также в снижении удельных затрат для всего процесса грузопассажирских перевозок, так как во первых, упрощается процесс управления движением колонн БТС и отдельными БТС, во вторых, упрощается инфраструктура средств управления ИТИ потоком движения БТС, колонн, состоящих из БТС, и, в третьих, оптимизируются потоки обмена информацией между центрами управления ИТИ, БТС и БТС в составе колонн БТС, составляющими транспортный поток.
Преимуществами настоящего изобретения по сравнению с аналогами, то есть существующими техническими решениями, являются следующие новые технические результаты:
1. Интеллектуальная транспортная инфраструктура автомобильной дороги по сравнению с известными способами управления осуществляет управление потоком транспорта на автомобильной дороге, а также сбор, обработку информации, формирование и передачу команд управления в привода управления каждого БТС и/или каждому БТС в составе каждой колонны, более надежными, оперативными, точными методами и более простыми средствами, в которых сбором, обработкой информации, формированием и передачей команд управления на привода управления БТС, включая БТС в составе колонн, так как в предложенной интеллектуальной транспортной инфраструктуре автомобильной дороги перечисленные функции выполняются централизованно с учетом движения всех участников дорожного движения по их маршрутам и всех условий, обстоятельств и параметров дорожной обстановки и окружающей среды, что позволяет существенно повысить надежность, точность и оперативность управления всего процесса управления транспортными потоками.
2. Интеллектуальная транспортная инфраструктура автомобильной дороги обеспечивает более точное по сравнению с известными способами управления движением БТС формирование маршрутов движения, контроль положения и управление движением каждым БТС и/или БТС в составе каждой колонны на полосе движения за счет применения путевых штатных и дополнительных датчиков измерения параметров движения всех участников дорожного движения, более точных обнаружения препятствий, измерений параметров дорожных, климатических и других условий, которые установлены вдоль автомобильных дорог, над ними и в дорожном полотне на всей сети дорог не зависимо от всех видов транспортных средств и их состояния, имеющихся на дорогах препятствий, температуры окружающей среды, особенно низких и сверхнизких, выпадающих осадков, состояния и качества дорожного полотна, наличия на нем воды, снега, разливов топлив, масел и других жидкостей, гололеда, автомобильных пробок, аварий, чрезвычайных и других обстоятельств.
3. Интеллектуальная транспортная инфраструктура автомобильной дороги обеспечивает более оптимальное централизованное формирование маршрутов движения, контроль и управление движением каждого БТС и/или БТС в составе каждой колонны путем расчета загруженности дорог на всей сети дорог путем согласования межрегиональных маршрутов движения в центральном процессоре регионального центра управления ИТИ.
4. Предложенные технические решения обеспечивают повышение надежности управления беспилотными транспортными средствами по всему маршруту движения независимо от электромагнитных природных и антропогенных и электротехнических помех, времени суток и сезонов года при движении БТС и/или БТС в составе колонн на автомобильных дорогах, оборудованных интеллектуальной транспортной инфраструктурой.
5. С помощью новых отличительных признаков обеспечивается автоматически существенно лучшие по сравнению с аналогами оперативность и надежность учета и контроля происходящих во время движения изменений климатических условий, параметров дорожной обстановки, параметров состояния дорожного покрытия, аварийных и других трудно предсказуемых ситуаций.
5. В предлагаемом способе управления БТС и/или БТС в составе колонн БТС стало более простым управление, требующее меньшего объема вычислительных операций, формирования несложных команд управления приводами в каждом БТС, реализации несложных алгоритмов управления, использования более простых, во-первых, математического аппарата, во-вторых, программного обеспечения, в-третьих, систем и подсистем управления ИТИ.
6. Обеспечивается существенно большее сокращение ложных срабатываний и сбоев в работе систем управления движением БТС и их датчиков, которые в ИТИ установлены стационарно, легче поддерживаются в рабочем состоянии, проще и дешевле в обслуживании по сравнению использованием известных систем управления движением и их датчиков непосредственно в БТС. У известных аналогов сбои в работе и ложные срабатывания СУД БТС, состоящие из соответствующих датчиков, контроллеров, исполнительных устройств, интерфейсов, всегда будут проявляться вследствие недостаточного качества обнаружения и распознавания препятствий, дорожной разметки, знаков, сигналов светофоров, оценки состояния дорожных, погодных и климатических условий.
7. В предлагаемом способе при управлении движением всех БТС с помощью ИТИ снижается сложность системы управления, повышается надежность работы и снижается стоимость системы управления движением всех БТС в эксплуатации по сравнению с аналогами, у которых отрицательные свойства связаны с необходимостью выполнения и дублирования каждой СУД БТС завышенного количества дублируемых функций при анализе климатических условий, параметров дорог, анализе дорожной обстановки, выявлении рисков ДТП, а также при формировании и передачи в СУД БТС команд управления на собственные привода управления.
8. Вследствие возможности обеспечения постоянного контроля работы простых средств позиционирования БТС у путевых датчиков ИТИ обеспечивается более надежная работа средств управления движением на всех эксплуатационных режимах движения БТС - скоростных режимах движения, разгонах, торможениях и маневрах.
9. Обеспечивается повышение помехоустойчивости путем использования более простых средств связи при передаче простых команд и простых программ при формировании управляющих воздействий на органы управления, относительно простых и более надежных систем контроля положения и управления движением каждого БТС и/или каждого БТС в составе каждой колонны БТС на полосе движения.
10. По сравнению с известными способами управления движением, у которых непосредственное управление движением БТС осуществляют бортовые системы управления движением, в предлагаемом способе резко снижаются сложность, трудоемкость и стоимость обслуживания СУ ИТИ, поскольку у аналогов эти худшие показатели связаны с необходимостью использования более сложных систем, методик проверки и необходимостью проведения диагностики и отладки СУД в специализированных центрах с высококвалифицированными специалистами.
В целом в предлагаемом изобретении устранены основные недостатки известных технических решений путем управления движением беспилотных транспортных средств и/или БТС в составе колонн БТС с помощью интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги. В предлагаемом изобретении обеспечивается существенное повышение надежности и эффективности работы всего процесса транспортных перевозок, значительное повышение производительности, качества, дорожной и экологической безопасности, а также - снижение удельных затрат на эксплуатационные материалы и другие текущие затраты для всего процесса грузопассажирских перевозок путем повышения надежности и качества управления движением БТС и/или БТС в составе колонн. Повышение качества управления движением достигается за счет более точного позиционирования всех БТС и реализации действий совершенного и надежного способа управления движением каждого БТС и/или БТС в составе колонн по заранее задаваемым маршрутам.