Способ управления движением беспилотных автономных транспортных средств (БАТС) и колонн БАТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ИТИ) автомобильной дороги
METHOD FOR CONTROL OVER MOVEMENT OF UNMANNED AUTONOMOUS VEHICLES (UAV) AND UAV COLUMNS BY MEANS INTELLIGENT TRANSPORT INFRASTRUCTURE (ITI) OF AUTONOMOUS ROAD

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности, к способам обеспечения безопасного управления движением автоматически управляемых (АУ) беспилотных автономных транспортных средств (БАТС) и колонн БАТС с помощью интеллектуальной транспортной инфраструктуры (ИТИ) автомобильной дороги.
В процессе разработки и массового применения беспилотных транспортных средств на дорогах требуется высокоточное управление движением отдельных БАТС и колонн БАТС, учитывающее маршруты движения БАТС и колонн БАТС, пространственное положение и параметры движения каждого отдельного АУ БАТС, каждой колонны БАТС с ее лидером и окружающих их БАТС и других колонн БАТС, наличие возможных препятствий на дороге, параметры дороги и т.д., что позволит оптимизировать транспортные потоки в целом, маршруты движения каждого БАТС и каждой колонны БАТС, сократить время движения каждого БАТС и каждой колонны БАТС, снизить аварийность и уменьшить загрязнение окружающего воздуха.
Основной проблемой повышения качества управления движением беспилотных автономных транспортных средств БАТС на дорогах, позволяющего повысить безопасность дорожного движения, сократить длину маршрутов и время в пути, является оптимизация маршрутов движения и повышение точности позиционирования каждого БАТС на дороге и колонн БАТС, в том числе относительно других участников дорожного движения, а также обеспечение безопасности режимов движения и минимизации числа выполняемых маневров каждым БАТС на дороге относительно других участников дорожного движения при быстром изменении дорожных условий.
Согласно должностным инструкциям МО, МВД, МЧС, Российской гвардии и др. обычно запрещено вклиниваться в строй колонны любым посторонним автомобилям. Таким образом, строй колонны БАТС должен быть неразрывным, в том числе колонне желательно быть неразрывной даже для гражданских АУ БАТС, так как средства позиционирования каждого АУ БАТС и каждой организованной колонн БАТС настроено на взаимодействие в строго определенной последовательности со «знакомыми» по колонне БАТС, то есть АУ БАТС в колонне имеют свои кодированные способы передачи информации, коды взаимной идентификации и строго определенные пространственные положения на дорожном полотне и места в колонне, что может нарушить любое вклинившиеся в колонну другое АУ БАТС или ТС, передача указанной управляющей информации обычно происходит в пределах видимости или с помощью маломощных бортовых радио станций. При этом в колонне могут быть минимальные расстояния между АУ БАТС, которые должны поддерживаться автоматически и, по этой причине, нарушение строя может резко изменить условия движения колонны БАТС, что не желательно. Очевидно, что движение колонн БАТС по дорогам определенных категорий может быть запрещено или ограничено, например, движением в определенное время суток, например, такое как ночное время, когда интенсивность общего движения резко снижается.
Известен способ управления движением автоматических транспортных средств (АТС), (см. Патент РФ № RU 2649962 C1, заявитель Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ"), опубл. 10.04.2018), который направлен на повышение эффективности управления АТС и при котором из долговременной памяти электронно-вычислительной машины (ЭВМ) извлекают математически обработанное изображение дорожного полотна с элементами сканирования, математически преобразуют его в изображение в перспективе, получают реальное изображение дорожного полотна, математически преобразовывают реальное изображение дорожного полотна и получают изображения элементов сканирования. Сравнивают изображения дорожного полотна с элементами сканирования с математически преобразованным реальным изображением дорожного полотна, по результатам вырабатывают управляющие действия для автоматически управляемых (АУ) БАТС. Текущие математически обработанные изображения дорожного полотна с элементами сканирования из долговременной памяти и реальные изображения получены по меньшей мере из двух гиростабилизированных линейных фоточувствительных приборов. Последовательность действий по управлению БАТС на основе анализа включает подготовительный этап и этапы расчета текущего угла поворота руля, текущего управления педалью акселератора, определения наличия препятствий, построение изображения дорожного полотна и анализа его соответствия реальному. При этом заявитель утверждает, что достигается повышение безопасности управления транспортным средством.
Основными недостатками известного способа является сложная система управления движением БАТС, требующая больших вычислительных мощностей для преобразования графических отсканированных изображений в текущие визуально идентифицируемые, постоянно изменяемые при движении АТС изображения, а также отсутствие в системе управления учета движения колонн БАТС.
Известен способ (см. Патент США US № US 7761225 В2, ROUTING METHOD AND SYSTEM, заявитель INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION, опубл. 20.07.2010), оптимизирующий маршруты движения по времени поездки на основании данных о пунктах назначения, представленных самими пользователями БАТС.
Недостатками известного способа является отсутствие средств и способов беспилотного управления движением отдельных ТС, систем устранения пробок на дорогах, отсутствие решения экологических проблем, недостаточность технических решений и отсутствие комплексного подхода к решению задачи повышения эффективность и безопасность грузопассажирских перевозок, а также отсутствие учета движения колонн БАТС.
Известен способ (опубликованную международную заявку № WO 2011126215 А2, TRAFFIC FLOW CONTROL AND DYNAMIC PATH PROVIDING SYSTEM LINKED WITH REAL-TIME TRAFFIC NETWORK STRUCTURE CONTROL BASED ON BIDIRECTIONAL COMMUNICATION FUNCTION-COMBINED VEHICLE NAVIGATION, AND METHOD THEREOF, заявители KOREA UNIVERSITY RESEARCH AND BUSINESS FOUNDATION и KANG, CHUNG GU, опубл. 13.10.2011), оптимизирующий маршруты движения отдельных БАТС и работу систем управления дорожным движением.
Недостатками данного способа работы является отсутствие средств и способов беспилотного управления движением отдельных БАТС, систем устранения пробок на дорогах, отсутствие эффективных решений по повышению эффективности и безопасности грузопассажирских перевозок и экологических проблем, а также отсутствие в системе управления учета движения колонн БАТС.
Известен способ управления дорожным движением (патент КНР № CN 102044147 A, ROAD TRAFFIC FLOW MANAGEMENT CONTROL SYSTEM, заявитель XIONG JIANPING, опубл. 04.05.2011), контролирующий состояние транспортных потоков и направляющий потоки БАТС по объездным маршрутам и ограничивающий въезд отдельных БАТС на перегруженные участки дороги.
Его основными недостатками являются эпизодическое управляющее воздействие на движение БАТС только в критических ситуациях, отсутствие средств и способов беспилотного управления движением отдельных БАТС, отсутствие эффективных решений по повышению эффективности и безопасности грузопассажирских перевозок с, в том числе с учетом движения колонн БАТС.
Известен способ динамического управления движением автоматически управляемых беспилотных автономных транспортных средств (АУ БАТС), (см. Заявку на патент США № US 2015066282 A1 AUTONOMOUS DRIVING IN AREAS FOR NON-DRIVERS, (аналог СИСТЕМА АВТОНОМНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ, заявитель FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC, опубл. 05.03.2015), включающий получение центральным процессором через периферийные средства беспроводной связи и периферийные путевые процессоры перед началом движения от каждого АУ БАТС предполагаемого маршрута движения с начальным пунктом отправления и конечным пунктом прибытия, предполагаемым временем начала и контрольным временем прибытия, обработку массива маршрутов в пределах территории обслуживания и действия периферийных средств беспроводной связи АУ БАТС и периферийных процессоров, включающие порядок движения каждого АУ БАТС, с учетом управления всем потоком в зависимости от отклонения, например, по аварийным причинам одного или каждого АУ БАТС. Данный способ осуществляет разработку оптимальных маршрутов движения каждого АУ БАТС в интеллектуальной транспортной системе с учетом маршрутов движения всех АУ БАТС в транспортном потоке в зависимости от возникающих на маршрутах сбоев движения в виде, например, ремонтных работ и авариях на дорогах.
Недостатками данного способа является недостаточная надежность работы систем управления движением (СУД) каждого из АУ БАТС в транспортном потоке из-за: сложности самих СУД в каждом АУ БАТС, чрезмерного количества датчиков и электронных компонентов в каждом из них, которые выходят из строя, ложных срабатываний датчиков СУД (видеокамер, радаров, лидаров, ультразвуковых датчиков, компонентов систем навигации, связи и др.) В ночное время суток, при снегопаде, дождях, туманах и т.п., в результате влияния встречного света фар других АУ БАТС, работы систем аварийной сигнализации и т.п., в результате ограниченности эффективной работы датчиков СУД, например, систем технического зрения, связи, навигации на всех скоростных режимах движения АУ БАТС и др.; необходимости обработки блоками получения, анализа и обработки СУД чрезмерного массива данных для оценки окружающей АУ БАТС обстановки; отсутствия оценки СУД каждого АУ БАТС качества дорожного покрытия, величины сцепления шин с дорожным полотном в результате наличия на нем луж, снега, гололеда, результате сбоев в работе систем спутниковой связи и многих других причин. Недостаточная надежность управления движением каждого АУ БАТС в транспортном потоке связана также с тем, что процесс формирования оптимальных маршрутов движением каждого АУ БАТС не учитывает выше перечисленных факторов, что приводит к сбоям и отклонениям в движении АУ БАТС по маршруту по сравнению с расчетными показателями, а также не учитывает необходимость управления в транспортном потоке колоннами АУ БАТС.
Известен способ ранжированного динамического управления движением автоматически управляемых беспилотных автономных транспортных средств (АУБ АТС), (см. Патент США № US 6681175 В2 Hierarchical traffic control system which includes vehicle roles and permissions, заявитель MACPHAIL MARGARET GARDNER, KUMHYR DAVID BRUCE, INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION, опубл. 20.01.2004), при котором перед началом движения от каждого АУ БАТС через ранжированную систему путевых и периферийных процессоров и их средств беспроводной связи, объединенных в ранжированные центры управления соответствующего им ранга, передают и получают на центральный процессор соответствующего выбранного ранга описание предполагаемого маршрута движения каждого соответствующего выбранному рангу АУ БАТС, включающего начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, с предполагаемым временем начала и контрольным временем прибытия, в центре управления, соответствующем выбранному рангу, на его центральном процессоре обрабатывают и распределяют по выбранному и более низким рангам массив маршрутов транспортного потока АУ БАТС, входящий в пределы сегмента территории обслуживания и действия центрального процессора соответствующего выбранного ранга и подчиненных ему соответствующих центров управления, включающих периферийные и путевые процессоры с их средствами связи, по результатам обработки информации о всех маршрутах АУ БАТС, полученной центральным процессором через путевые и периферийные центры управления, информацию об АУ БАТС с похожими маршрутами последовательно для каждого ранга распределяют и объединяют в соответствии с выбранным и/или с более низкими рангами в ранжированные и динамически изменяемые группы, составляют и передают через периферийные и путевые центры управления на каждый АУ БАТС маршрутные карты, по которым в транспортном потоке управляют и контролируют каждое АУ БАТС в динамически изменяемой группе. Данный способ осуществляет разработку оптимальных маршрутов движения каждого АУ БАТС в интеллектуальной транспортной системе с учетом маршрутов движения всех АУ БАТС и формирования в транспортном потоке динамически изменяемых групп (колонн) БАТС.
В отношении способа ранжированного динамического управления движением автоматически управляемых беспилотных автономных транспортных средств его недостатком является недостаточная надежность работы СУД отдельных АУ БАТС и колонн из БАТС в транспортном потоке из-за: сложности самих СУД в каждом АУ БАТС в составе колонны, чрезмерного количества датчиков и электронных компонентов в каждом из них, которые выходят из строя, ложных срабатываний датчиков СУД (видеокамер, радаров, лидаров, ультразвуковых датчиков, компонентов систем навигации, связи и др.). В ночное время суток, при снегопаде, дождях, туманах и т.п, в результате влияния встречного света фар других АУ БАТС, работы систем аварийной сигнализации и т.п., в результате ограниченности диапазонов эффективной работы датчиков СУД, например, систем технического зрения, связи, навигации на всех скоростных режимах движения АУ БАТС и др.; необходимости обработки блоками получения, анализа и обработки СУД чрезмерного массива данных для оценки окружающей АУ БАТС обстановки; отсутствия оценки СУД каждого АУ БАТС качества дорожного покрытия, величины сцепления шин с дорожным полотном в результате наличия на нем луж, снега, гололеда, результате сбоев в работе систем спутниковой связи, отказов в работе компонентов СУД при отрицательных температурах и многих других причин. Недостаточная надежность управления движением каждого АУ БАТС в отдельности, в составе колонны и колонны в целом в транспортном потоке связана также с тем, что процесс формирования оптимальных маршрутов движением каждого АУ БАТС и колонн из БАТС не учитывает выше перечисленных факторов, что приводит к сбоям и отклонениям в движении АУ БАТС и колонн, состоящих из БАТС, по маршруту по сравнению с расчетными показателями.
Известен также способ управления интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ИТИ) движением АУ БАТС с помощью средств беспроводной связи (см. Патент CN № CN 107390696 A, Unmanned driving control method, заявитель UNIV TIANJIN AGRICULTURAL  опубл. 24.11.2017), в котором пользователь назначает маршрут поездки на АУ БАТС из пункта отправки А в пункт назначения Б и передает его в систему управления ИТИ, последняя получает информацию о маршруте от пользователя, рассчитывает оптимальный по времени маршрут движения АУ БАТС по маршрутной карте, формирует и подает в СУД АУ БАТС команды управления движением АУ БАТС последовательно на каждом участке маршрута движения из пункта А в пункт Б, в процессе прохождения участков маршрута АУ БАТС система управления ИТИ контролирует местоположение АУ БАТС и по отклонению АУ БАТС от маршрута по заданной программе производит корректировку маршрута движения и подает в СУД АУ БАТС скорректированные команды управления движением АУ БАТС на последующих участках маршрута движения, а после приезда в пункт назначения Б система управления ИТИ определяет факт приезда АУ БАТС в пункт назначения, высадку пользователя и/или разгрузку груза, после чего система управления ИТИ подает команды управления в СУД АУ БАТС и по аналогии с предыдущим процессом управления движением АУ БАТС из пункта А в пункт Б осуществляет управление движением АУ БАТС до места его стоянки. Особенностью данного способа является также то, что система управления ИТИ контролирует местоположение АУ БАТС и прохождение им каждого из участков маршрута по данным встроенных в дорожное полотно приемо-передающих датчиков, с которыми связана СУД АУ БАТС, получающая из которых скорректированные команды управления в зависимости от отклонения от расчетного режима движения по дальнейшему прохождению последующих участков маршрута до пункта назначения.
Однако, недостатком и данного способа является ограниченная надежность работы систем управления движением каждого из БАТС в транспортном потоке из-за: сложности системы из-за чрезмерного количества дорожных датчиков-передатчиков самих СУД, а также датчиков и электронных компонентов в каждом АУ БАТС, каждый из которых может выходить из строя, из-за ложных срабатываний в результате нарушения работоспособности датчиков СУД (видеокамер, радаров, лидаров, ультразвуковых датчиков, компонентов систем навигации, связи и др.) Недостаточная надежность управления движением каждого АУ БАТС в транспортном потоке будет иметь место в ночное время суток, при снегопаде, дождях, туманах и т.п., в результате влияния встречного света фар других АУ БАТС, работы систем аварийной сигнализации и т.п., в результате ограниченности диапазонов эффективной работы датчиков СУД, например, систем технического зрения, связи, навигации на всех скоростных режимах движения АУ БАТС и др.; необходимости обработки блоками получения, анализа и обработки СУД чрезмерного массива данных для оценки окружающей АУ БАТС обстановки; отсутствия оценки СУД каждого АУ БАТС качества дорожного покрытия, величины сцепления шин с дорожным полотном в результате наличия на нем луж, снега, гололеда, результате сбоев в работе систем спутниковой связи и многих других причин. Недостаточная надежность управления движением каждого АУ БАТС в транспортном потоке связана также с тем, что процесс формирования оптимальных маршрутов движением каждого АУ БАТС не учитывает выше перечисленных факторов, что приводит к сбоям и отклонениям в движении АУ БАТС по маршруту по сравнению с расчетными показателями. Данный способ не учитывает и не предусматривает управление движением колонн БАТС.
Известен способ управления движением автоматически управляемых беспилотных АУ БАТС, при котором перед началом движения на каждом АУ БАТС составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, с предполагаемым заданным временем начала движения и контрольным временем прибытия, выбранного допустимого интервала времени нахождения в пути и в выбранном заданном направлении движения; при котором в движении АУ БАТС извлекаются и обрабатываются методом Хафа множественные дорожные изображения под разными углами перед транспортным средством получаются в реальном времени с камер, расположенных на разных позициях транспортного средства, эффективные дорожные изображения, мертвые впереди транспортного средства, получены после обработки изображений, информация о линии полосы распознается по дорожным изображениям рассчитываются отклонения, отклонения и отклонения между текущим направлением движения транспортного средства и требуемой линией полосы, и транспортное средство дополнительно контролируется для перемещения в соответствии с углом отклонения и расстоянием отклонения (см. Патент КНР № CN 103991449 А, VEHICLE TRAVELLING CONTROL METHOD AND SYSTEM, заявитель BEIJING UNION UNIVERSITY, опубл. 20.08.2014).
Основным недостатком известного способа является сложность вычленения по методу Хафа изображений в перспективе и идентифицировать их положение в пространстве в процессе движения каждого АУ БАТС. При этом следует отметить, что заявитель признает, что значительные мертвые зоны, закрытые бесполезными изображениями соседних автомобилей, затрудняют преобразование в информативные стереоскопические изображения, позволяющие получить информацию о пространственном положении каждого АУ БАТС. Данный способ так же не учитывает и не предусматривает управление движением колонн БАТС.
Известен способ управления ИТИ движением АУ БАТС, при котором перед началом движения на каждом АУ БАТС устанавливают его индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, с предполагаемым заданным временем начала движения и контрольным временем прибытия, выбранного допустимого интервала времени нахождения в пути и в выбранном заданном направлении движения; затем маршрут передают на центральный сервер через систему путевых средств связи на путевые серверы, объединенные в путевые центры управления, контролирующие подчиненные им секторы дорожного движения, где предварительно их обрабатывают, а на центральном сервере центрального управления ИТИ центра рассчитывают окончательный маршрут, составляют маршрутную карту и передают ее полностью или порционно обратно на каждый АУ БАТС непрерывно или порционно через путевые центры управления и ведут управление каждым АУ БАТС в соответствии с его маршрутной картой, при этом контролируют взаимное положение АУ БАТС и состояние дорожной обстановки, (см. Патент США № US 9096267? В2 EFFICIENT DATA FLOW ALGORITHMS FOR AUTONOMOUS LANE CHANGING, PASSING AND OVERTAKING BEHAVIORS, заявитель GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC, опубл. 04.08.2015).
Основным недостатком данного известного способа является сложность обеспечения математической индивидуальной разработки и осуществления маршрута по изменению даже полосы движения независимо от действий окружающих автомобилей согласно правилам дорожного движения (ПДД), так как интерфейс человек-машины (HMI) 66 обеспечивает связь интерфейса между пользовательскими входами и алгоритмами, выполняемыми на навигационном контроллере 62, а очень сложная система управления 60 также включает в себя контроллер 72 транспортного средства, имеющий модуль 74 выполнения маршрута, маршрут следования за модулем 76, модуль 78 оценки положения транспортного средства, модуль 80 оценки опасности объекта и модуль 82 управления перемещением транспортного средства. Данный способ так же не учитывает и не предусматривает управление движением колонн БАТС.
Известен способ управления ИТИ движением АУ БАТС, при котором перед началом движения на каждом АУ БАТС устанавливают его индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, с предполагаемым заданным временем начала движения и контрольным временем прибытия, выбранного допустимого интервала времени нахождения в пути и в выбранном заданном направлении движения; затем маршрут передают на центральный сервер через систему путевых средств связи на путевые серверы, объединенные в путевые центры управления, контролирующие подчиненные им секторы дорожного движения, где предварительно их обрабатывают, а на центральном сервере центрального управления ИТИ центра рассчитывают окончательный маршрут, составляют маршрутную карту и передают ее полностью или порционно обратно на каждый АУ БАТС непрерывно или порционно через путевые центры управления и ведут управление каждым АУ БАТС в соответствии с его маршрутной картой, при этом контролируют взаимное положение АУ БАТС и состояние дорожной обстановки, (см. Патент КНР № CN 107219846 A, METHOD OF CONTROLLING LANE DIRECTION, ROAD COMMAND AND SEGMENTATION DEVICE AND VEHICLE TERMINAL, заявитель CHINA MOBILE GROUP GUANGDONG  опубл. 29.09.2017).
Основным недостатком известного способа является трудность его реализации из-за сложности систем управления на АУ БАТС для выполнения маневров. Данный способ так же не учитывает и не предусматривает управление движением колонн БАТС.
Известен способ управления интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ИТИ) движением автоматически управляемых (АУ) беспилотных автономных транспортных средств (БАТС), при котором перед началом движения на каждом АУ БАТС устанавливают его индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, предполагаемое, заданное время начала движения, контрольное время нахождения в пути и контрольное время прибытия, выбранный допустимый интервал времени нахождения в пути и в выбранном, заданном направлении движения; затем маршруты передают на центральный сервер центра управления ИТИ, где их предварительно обрабатывают, рассчитывают окончательные оптимальные маршруты, составляют маршрутные карты и передают их полностью или порционно в системы управления движением каждого АУ БАТС и лидера колонны БАТС и передают команды, разрешающие движение в автоматическом режиме каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС в соответствии с их маршрутными картами, при этом контролируют взаимное положение АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке, и состояние дорожной обстановки. На каждом участке посредством локальных и/или распределенных датчиков состояния движения контролируют состояние дорожной обстановки и условия движения транспортного потока, включая, по меньшей мере, расположение АУ БАТС на дорожном полотне, затем центр управления осуществляет управление движением АУ БАТС по маршруту, а передача информации, содержащейся в обновленной маршрутной карте, сопровождается автоматическим подтверждением получения ее на борту АУ БАТС (см. Патент КНР №CN 108333997 А  СИСТЕМА И МЕТОД ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ БЕСПИЛОТНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ОСНОВЕ СЕТИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, заявитель TIANJIN QINGYUAN ELECTRIC VEHICLE CO., LTD  опубл. 27.07.2018).
Основным недостатком известного способа является низкая скорость управления, так как для передачи программ управления используется общественная сеть интернета, и при этом не учитывается дорожная обстановка в необходимом для управления потоком АУ БАТС на дорожном полотне. Данный способ так же не учитывает и не предусматривает управление движением колонн БАТС.
Известен способ управления ИТИ движением АУ БАТС, при котором перед началом движения на каждом АУ БАТС устанавливают его индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, с предполагаемым заданным временем начала движения и контрольным временем прибытия, выбранного допустимого интервала времени нахождения в пути и в выбранном заданном направлении движения; затем маршрут передают на центральный сервер через систему путевых средств связи на путевые серверы, объединенные в путевые центры управления, контролирующие подчиненные им секторы дорожного движения, где предварительно их обрабатывают, а на центральном сервере центрального управления ИТИ центра рассчитывают окончательный маршрут, составляют маршрутную карту и передают ее полностью или порционно обратно на каждый АУ БАТС непрерывно или порционно через путевые центры управления и ведут управление движением по маршруту каждого АУ БАТС в соответствии с его маршрутной картой, при этом контролируют взаимное положение АУ БАТС и состояние дорожной обстановки.
На каждом участке, подконтрольном соответствующему путевому центру управления, посредством локальных и/или распределенных датчиков состояния движения контролируют состояние дорожной обстановки и условия движения транспортного потока, включая, по меньшей мере, колебания (изменения) суточных и погодных условий движения транспортного потока, расположение БАТС на дорожном полотне и оптимальное распределение в нем АУ БАТС по грузоподъемности и/или другим тактико-техническим характеристикам, затем по результатам контроля состояния дорожной обстановки и изменений условий движения транспортного потока, в том числе и в результате возникновения аварийных ситуаций, путевые центры управления управляют движением АУ БАТС, при этом оперативно информируют обо всех изменениях центральные центры управления, и по их ответному приказу меняют маршруты и графики движения АУ БАТС в транспортном потоке и вносят изменения в маршрутные карты каждого АУ БАТС, участвующего в изменении порядка движения потока транспорта; передача информации, содержащейся в обновленной маршрутной карте, сопровождается автоматическим подтверждением получения ее на борту АУ БАТС (см. Патент КНР № CN 107221182 A, VEHICLE TERMINAL ATTACHMENT METHOD IN VEHICLE NETWORKING, ROAD SECTION EQUIPMENT AND VEHICLE TERMINAL, заявитель CHINA MOBILE GROUP GUANGDONG  опубл. 29.09.2017).
Основным недостатком известного способа управления движением потока АУ БАТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги является сложность обработки центральным сервером всей информации по управлению потоком АУ БАТС и их индивидуальное совмещение в подобие колонны, определяемое расстояниями до предыдущего и последующего БАТС. Данный способ так же не учитывает и не предусматривает управление движением в транспортных потоках заранее сформированными колоннами АУ БАТС, с БАТС, движущимися по одному и тому же маршруту.
Известен способ управления движением отдельных беспилотных автономных транспортных средств (БАТС) и колонн БАТС с помощью интеллектуальной транспортной инфраструктуры (ИТИ) автомобильной дороги, (см. опубликованную Международную заявку № WO 2013006826 А2? SYSTEMS AND METHODS FOR SEMI-AUTONOMOUS VEHICULAR CONVOYING, заявители PELOTON TECHNOLOGY INC, SWITKES, JOSHUA, P, GERDES, JOSEPH, CHRISTIAN, BERDICHEVSKY, GENE, опубл. 10.01.2013), при котором перед началом движения на каждом АУ БАТС и лидере колонны БАТС устанавливают его индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС и колонны БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, с предполагаемым заданным временем начала движения и контрольным временем прибытия, выбранного допустимого интервала времени нахождения в пути и в выбранном заданном направлении движения; затем маршрут передают на центральный сервер через систему путевых средств связи на путевые серверы, объединенные в путевые центры управления, контролирующие подчиненные им секторы дорожного движения, где предварительно их обрабатывают, а на центральном сервере центрального управления ИТИ центра рассчитывают окончательный маршрут, составляют маршрутную карту и передают ее полностью или порционно обратно на каждый АУ БАТС непрерывно или порционно через путевые центры управления и ведут управление движением по маршруту каждого АУ БАТС в соответствии с его маршрутной картой, при этом контролируют взаимное положение АУ БАТС в потоке транспорта и состояние дорожной обстановки.
На каждом участке, подконтрольном соответствующему путевому центру управления, посредством локальных и/или распределенных датчиков состояния движения, расположенных вдоль маршрута, контролируют состояние дорожной обстановки на дорожном полотне и условия движения транспортного потока, включая, по меньшей мере, колебания или изменения в режиме реального времени суточных и погодных условий движения транспортного потока, состояние дорожного полотна, рельеф местности, интенсивность транспортного потока, его состав, расположение АТС на дорожном полотне и оптимальное распределение в нем АУ БАТС по грузоподъемности и/или другим тактико-техническим характеристикам.
Затем с учетом результатов контроля состояния дорожной обстановки и изменений условий движения транспортного потока, по меньшей мере, таких как возникновение аварийных ситуаций, проведения плановых или срочных строительно-дорожных работ, изменения климатических условий, через путевые центры управления управляют движением АУ БАТС и колонн БАТС, при этом путевые центры управления оперативно информируют обо всех их критических изменениях центральный сервер центра управления ИТИ региона, и по его ответному приказу меняют маршруты и графики движения АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке и вносят изменения в маршрутные карты каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, участвующих в изменении порядка движения потока транспорта по всей дорожной сети, подконтрольной центральному серверу центра управления ИТИ региона.
Пространственное положение и параметры движения каждого АУ БАТС на его полосе движения контролируют датчиками, определяющими положение АУ БАТС на его полосе движения по дорожной разметке и расстоянию до других ближайших АУ БАТС.
Для контроля пространственного положения каждого АУ БАТС на его датчики передают контрольное изображение дороги для его сравнения с реальным видом разметки дороги.
Основным недостатком известного способа является сложность процедуры его выполнения, вызванная наличием в нем действий по определению пространственного положения и параметров движения каждого АУ БАТС на его полосе движения со стороны ИТИ, необходимостью передачи контрольного изображения дороги, что усложняет и затрудняет процесс контроля движения и управления каждым АУ БАТС и колонной в целом, вызывает необходимость выполнения чрезмерно большого объема вычислительных операций и приводит к снижению эффективности и надежности осуществления данного способа.
Известен способ управления движением отдельных беспилотных автономных транспортных средств (БАТС) и колонн БАТС с помощью интеллектуальной транспортной инфраструктуры (ИТИ) автомобильной дороги, (см. Патент США № US 10078338 В2, DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS FOR REMOTE AUTHORIZATION OF AUTONOMOUS VEHICLE OPERATION, заявитель PELOTON TECHNOLOGY, INC, опубл. 18.09.2018),, при котором перед началом движения на каждом АУ БАТС и лидере колонны БАТС устанавливают его индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС и колонны БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, с предполагаемым заданным временем начала движения и контрольным временем прибытия, выбранного допустимого интервала времени нахождения в пути и в выбранном заданном направлении движения; затем маршрут передают на центральный сервер через систему путевых средств связи на путевые серверы, объединенные в путевые центры управления, контролирующие подчиненные им секторы дорожного движения, где предварительно их обрабатывают, а на центральном сервере центрального управления ИТИ центра рассчитывают окончательный маршрут, составляют маршрутную карту и передают ее полностью или порционно обратно на каждый АУ БАТС непрерывно или порционно через путевые центры управления и ведут управление по маршруту движением каждого АУ БАТС в соответствии с его маршрутной картой, при этом контролируют взаимное положение АУ БАТС в потоке транспорта и состояние дорожной обстановки.
На каждом участке, подконтрольном соответствующему путевому центру управления, посредством локальных и/или распределенных датчиков состояния движения, расположенных вдоль маршрута, контролируют состояние дорожной обстановки на дорожном полотне и условия движения транспортного потока, включая, по меньшей мере, колебаний или изменений в режиме реального времени суточных и погодных условий движения транспортного потока, состояние дорожного полотна, рельеф местности, интенсивность транспортного потока, его состав, расположение АТС на дорожном полотне и оптимальное распределение в нем АУ БАТС по грузоподъемности и/или другим тактико-техническим характеристикам.
Затем с учетом результатов контроля состояния дорожной обстановки и изменений условий движения транспортного потока, по меньшей мере, таких как возникновение аварийных ситуаций, проведения плановых или срочных строительно-дорожных работ, изменения климатических условий, через центральный сервер регионального центра управления ИТИ передают команды по управлению движением АУ БАТС и колонн БАТС, при этом при выявлении критических изменений центральный сервер центра управления ИТИ корректирует маршруты и графики движения АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке и вносит изменения в маршрутные карты каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, участвующих в изменении порядка движения потока транспорта по всей дорожной сети, подконтрольной центральному серверу центра управления ИТИ.
Пространственное положение и параметры движения каждого АУ БАТС на его полосе движения контролируют датчиками, определяющими положение АУ БАТС его полосе движения по дорожной разметке и расстояние до других ближайших АУ БАТС;
Для контроля пространственного положения каждого АУ БАТС на его датчики передают контрольное изображение дороги для его сравнения с реальным видом разметки дороги.
Основным недостатком известного способа является последовательная взаимная авторизация средств связи автоматизированного управления АУ БАТС, колонн БАТС и сетевого операционного центра, передача и контроль движения в колонне сетевым операционным центром через головное АУ БАТС, что затрудняет процесс контроля движения и управления каждым АУ БАТС и колонной в целом, так как требует постоянной передачи и авторизация средств связи автоматизированного управления ИТИ.
Известен способ управления движением отдельных беспилотных автономных транспортных средств (БАТС) и колонн БАТС с помощью интеллектуальной транспортной инфраструктуры (ИТИ) автомобильной дороги, (см. Опубликованную заявку США № US 2018210457 A1, DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS FOR REMOTE AUTHORIZATION OF AUTONOMOUS VEHICLE OPERATION, заявитель PELOTON TECHNOLOGY, INC, опубл. 26.07.2018), при котором перед началом движения на каждом автоматически управляемом (АУ) БАТС и лидере колонны БАТС устанавливают его индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, предполагаемое, заданное время начала движения, контрольное время нахождения в пути и контрольное время прибытия, выбранный допустимый интервал времени нахождения в пути и в выбранном, заданном направлении движения; затем маршруты передают на центральный сервер центра управления ИТИ, где их предварительно обрабатывают, рассчитывают окончательные оптимальные маршруты, составляют маршрутные карты и передают их полностью или порционно в системы управления движением каждого АУ БАТС и лидера колонны БАТС и передают команды, разрешающие движение в автоматическом режиме каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС в соответствии с их маршрутными картами, при этом контролируют взаимное положение АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке, и состояние дорожной обстановки.
На каждом участке дороги посредством локальных и/или распределенных датчиков состояния движения, расположенных вдоль маршрута, контролируют состояние дорожной обстановки на дорожном полотне и условия движения транспортного потока, включая, по меньшей мере, данные колебаний или изменений в режиме реального времени суточных, погодных или иных условий на территориях движения транспортного потока, данные о рельефе местности, интенсивности транспортного потока, его составе, позиционировании ТС на дорожном полотне и оптимальном распределении на нем АУ БАТС и колонн БАТС по габаритам, грузоподъемности и/или другим тактико-техническим характеристикам.
Затем с учетом результатов контроля состояния дорожной обстановки и изменений условий движения транспортного потока, по меньшей мере, таких как возникновение аварийных ситуаций, проведения плановых или срочных строительно-дорожных работ, изменения климатических условий, через центральный сервер регионального центра управления ИТИ передают команды по управлению движением АУ БАТС и колонн БАТС, при этом при выявлении критических изменений центральный сервер центра управления ИТИ корректирует маршруты и графики движения АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке и вносит изменения в маршрутные карты каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, участвующих в изменении порядка движения потока транспорта по всей дорожной сети, подконтрольной центральному серверу центра управления ИТИ.
Пространственное положение и параметры движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны на их полосах движения контролируют с помощью глобальной спутниковой системы навигации, например, GPS, и внешних датчиков интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги, регистрирующих идентификацию, прохождение мерных, например, мильных участков дороги, определяющих положение АУ БАТС и колонн БАТС на их полосах движения по дорожной разметке и расстоянию до других ближайших АУ БАТС и колонн БАТС.
Для контроля пространственного положения, параметров движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, а также расстояний между АУ БАТС отдельных и в составе колонны, на них устанавливают радары, лидары и датчики визуального изображения - видеокамеры, которые передают контрольное изображение части дороги, которое сравнивают с реальным видом разметки дороги.
Передача информации, содержащейся в каждой обновленной маршрутной карте, и команд по управлению сопровождается автоматическим подтверждением получения ее на борту АУ БАТС и лидера колонны БАТС.
Основным недостатком известного способа является последовательная взаимная авторизация средств связи автоматизированного управления лидирующего АУ БАТС, ведомых АУ БАТС колонны и сетевого операционного центра, передача и контроль движения в колонне сетевым операционным центром через контроль головного АУ БАТС, что затрудняет процесс контроля движения и управления каждым АУ БАТС и каждой колонной в целом, так как это предполагает подконтрольность головному АУ БАТС, а необходимость изменения подчинения при смене головного АУ БАТС требует переформатирования средств идентификации АУ БАТС в колонне из-за необходимости присвоения новых идентификационных индексов «старым» составным частям каравана, что отмечает заявитель. Эта смена может происходить вследствие перерасхода топлива головным, лидирующим АУ БАТС и появления его сверхнормативных запасов топлива на борту ведомого АУ БАТС из-за экономии. Хотя очевидно, что смена лидера ничего принципиально в движении каравана или колонны в целом в этом смысле не меняет.
Технической задачей изобретения является повышение надежности и эффективности управления потоком отдельных АУ БАТС и колонн БАТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги путем оптимального распределения, передачи и обработки информации между ней и АУ БАТС, в колонне БАТС, лидере колонн БАТС и на сервере.
В процессе разработки и массового применения беспилотных транспортных средств на дорогах, вследствие постоянного совместного управления и контроля управляющих действий всех ТС и каждого БАТС в отдельности при синхронном движении, требуется высокоточное управление движением отдельных ТС, АУ БАТС и колонн БАТС, учитывающее:
во-первых маршруты движения отдельных АУ БАТС и колонн БАТС;
во-вторых пространственное положение их на полосе движения дорожного полотна;
в-третьих параметры движения каждого отдельного АУ БАТС и колонн БАТС 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, и т.д.
Это высокоточное управление также требует повышения надежности передачи команд управления согласно маршрутной карты от интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги к АУ БАТС и к лидерам колонн БАТС 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 БАТС в дорожном движении, а также необходимо - оптимизировать маршруты движения каждого из ТС, АУ БАТС, колонн БАТС и транспортные потоки в целом, повысить пропускную способность отдельных дорог и сети дорог регионов в целом, сократить время нахождения в пути каждого ТС, АУ БАТС и колонн БАТС, что позволит снизить аварийность и уменьшить загрязнение окружающего воздуха вследствие уменьшения количества причин для изменения оптимальных режимов движения при выполнении маневров.
Основной проблемой повышения надежности, эффективности управления транспортным потоком АУ БАТС и колонн БАТС и качества управления движением БАТС 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, АУ БАТС и колонн БАТС на дороге, в том числе относительно других участников дорожного движения, так как для корректировки этого требуется постоянная подача команд для изменения направления движения и положения из-за отклонений от среднего положения каждого АУ БАТС на дорожном полотне в пределах его полосы движения, так как оно постоянно изменяется из-за случайных причин, таких как, неровности дорожного покрытия, его неравномерные триботехнические показатели (например, коэффициенты трения, сцепления с дорожным покрытием и гранулометрические показатели наполнителя покрытия, определяющего шероховатость или ровность дорожной поверхности, и т.д.), а также этого требует обеспечение безопасности режимов движения путем минимизации числа выполняемых маневров каждым ТС, АУ БАТС и каждой колонной БАТС на дороге относительно других участников дорожного движения даже при быстром изменении дорожных условий путем минимизации маневров и отклонений от оптимального режима движения, например, соответствующего, например, таким параметрам, как минимальный расход топлива и/или минимизация вредных выбросов, а также этому способствует - снижение нагрузки на средства связи и управления движением. Этого можно достичь только автоматизацией 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.
При этом не является строго обязательным определение позиции каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, передвигающейся сбоку от выбранного для управления АУ БАТС в соседней полосе движения, так как есть строгое условие управления движением всех АУ БАТС, а именно запрещение пересечения дорожной разметки, ограничивающей полосу движения, при необходимом маневрировании эти команды выполняются по заранее рассчитанной программе согласно маршрутной карте. Спонтанное пересечение разметки возможно только при аварийной ситуации, которая также контролируется всеми сканами в их боковой части, и плановая смена полосы движения, происходящая при условии минимизации маневровых действий под управлением от команд системы управления движением интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ИТИ) автомобильной дороги.
Следует разъяснить значение основных терминов, используемых в описании.
Путевой центр управления включает путевые средства связи, путевой процессор управления и управляет дорожным движением каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС 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 маршрута в сети дорог региона, подконтрольных соответствующему региональному центру управления ИТИ, и его оптимизации для каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС в соответствии с возможностями и состоянием путевых центров управления, пропускной и нагрузочной способностью дорог, выбранных для осуществления и выполнения движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС 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 АУ БАТС и/или лидера и каждого ТС колонны БАТС, выполняемая и контролируемая бортовыми средствами ТС.
Дорожная боковая разметка полосы движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны - это дорожная разметка полосы движения, ближайшая к каждому соответствующему АУ БАТС и каждой соответствующей колонне БАТС, движущимся по соответствующей полосе.
Поставленная техническая задача решается тем, что
в способе управления движением отдельных автоматически управляемых беспилотных автономных транспортных средств АУ БАТС и колонн БАТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ИТИ) автомобильной дороги,
при котором перед началом движения на каждом автоматически управляемом (АУ) БАТС и лидере колонны БАТС устанавливают его индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, предполагаемое, заданное время начала движения, контрольное время нахождения в пути и контрольное время прибытия, выбранный допустимый интервал времени нахождения в пути и в выбранном, заданном направлении движения; затем маршруты передают на центральный сервер регионального центра управления ИТИ, где их предварительно обрабатывают, рассчитывают окончательные оптимальные маршруты, составляют маршрутные карты и передают их полностью или порционно в системы управления движением каждого АУ БАТС и лидера колонны БАТС и передают команды, разрешающие движение в автоматическом режиме каждому АУ БАТС и лидеру каждой колонны БАТС по их маршруту в соответствии с их маршрутными картами, при этом контролируют взаимное положение АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке, и состояние дорожной обстановки.
На каждом участке дороги посредством локальных и/или распределенных датчиков состояния движения, расположенных вдоль маршрута, контролируют состояние дорожной обстановки на дорожном полотне и условия движения транспортного потока, включая, по меньшей мере, данные колебаний или изменений в режиме реального времени суточных, погодных или иных условий на территориях движения транспортного потока, данные о рельефе местности, интенсивности транспортного потока, его составе, позиционировании ТС на полосе движения, на дорожном полотне и оптимальном распределении на нем АУ БАТС и колонн БАТС по габаритам, и/или грузоподъемности и/или другим тактико-техническим характеристикам ТС.
Затем с учетом результатов контроля состояния дорожной обстановки и изменений условий движения транспортного потока, по меньшей мере, таких как возникновение аварийных ситуаций, проведения плановых или срочных дорожно-строительных работ, изменения климатических условий, через центральный сервер регионального центра управления ИТИ передают команды по управлению движением по маршруту каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, при этом при выявлении критических изменений через центральный сервер регионального центра управления ИТИ корректирует маршруты и графики движения АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке и вносит изменения в маршрутные карты каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, участвующих в изменении порядка движения потока транспорта по всей дорожной сети, подконтрольной центральному серверу регионального центра управления ИТИ.
Пространственное положение и параметры движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны на их полосах движения системой ИТИ контролируют с помощью глобальной спутниковой системы навигации, например, GPS, ГЛОНАСС и/или внешних датчиков интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги, регистрируют идентификацию, прохождение мерных, например, мильных участков дороги, определяют положение АУ БАТС и колонн БАТС на их полосах движения согласно дорожной разметке и расстоянию до других ближайших АУ БАТС и колонн БАТС.
Для контроля пространственного положения, параметров движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, а также расстояний между АУ БАТС как отдельных, так и в составе колонны БАТС, на них устанавливают датчики позиционирования, например, такие как радары, лидары или датчики визуального изображения - видеокамеры, которые передают контрольные данные о прилегающей части дороги, например, реальные виды прилегающей части дороги, например, такие как ее позиционированные изображения, то есть привязанные к точке передачи, которые сравнивают с реальным видом дороги.
Передача информации, содержащейся в каждой в обновленной маршрутной карте, и команд по управлению сопровождается автоматическим подтверждением получения ее на борту АУ БАТС и лидера колонны БАТС.
ПРИЧЕМ
Управление движением по маршрутам и контроль положения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны согласно каждой маршрутной карты проводят путем сравнения, контроля и определения положения относительно других АУ БАТС и колонн БАТС с лидером каждой колонны и пространственного позиционирования по расположению относительно элементов дорожной разметки на полосе движения, а определение параметров движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с ее лидером - путем контроля динамического изменения в режиме реального времени пространственного положения и расположения относительно элементов дорожной разметки каждой полосы движения на дорожном полотне, а их динамику движения контролируют по изменению их места положения в процессе движения при помощи средств индивидуального позиционирования каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС на дорожном полотне по дорожной боковой разметке полосы движения АУ БАТС и лидера колонны БАТС, по располагающейся по обе стороны относительно положения каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС дорожной разметки, ее контроля посредством, по меньшей мере, четырех датчиков пространственного позиционирования в виде гиростабилизированных сканеров, два из которых расположены по обоим бокам каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС с возможностью контролирования их положения относительно боковой разметки полосы движения по обе соответствующие стороны соответствующего АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС, третий - с возможностью контроля всей ширины полосы движения перед ними, а четвертый - с возможностью контроля всей ширины полосы движения позади каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС, и синхронизированной проверки совпадения боковых сканов дорожной разметки с вычлененными частями поперечных сканов полосы движения спереди и сзади, а также их контрольной проверки путем сравнения с соответствующими сканами из массива дальних сканов, содержащих участки разметки с необходимым пространственно-временным синхронизированием и соответствующим автоматическим преобразованием размеров последовательно получаемых сканов в зависимости от расстояния до точки сканирования относительно каждого контролируемого положения АУ БАТС в соответствии с необходимым масштабным преобразованием, произведенным в соответствии с требованиями линейной или иной перспективы, позволяющим установить их однозначное взаимное соответствие.
Контроль положения каждого АУ БАТС, лидера и ведомых АУ БАТС колонны БАТС, составляющих колонну, проводят по результатам сравнения реальных сканов, поступающих с гиростабилизированных сканеров с контрольными их видами в маршрутных картах, передаваемых совместно с необходимыми командами по управлению через путевой центр управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги.
Кроме того, соответствующие результаты сканирования боковых сканеров автоматически преобразуют в контрольные визуальные изображения дорожной разметки, в соответствии с зависимостью от расстояния до точки сканирования и в соответствующем масштабе, согласованным с требованиями линейной или иной перспективы, и проводят контрольное сравнение с вычлененными математическими методами преобразования из общего телевизионного изображения изображений с визуальными телевизионными изображениями указанных элементов дорожной разметки.
Двойной постадийный контроль сканов и части контрольного телевизионного изображения с контрольными сканами в маршрутной карте позволяет точно и однозначно определить пространственное положение и своевременно корректировать его отклонения АУ БАТС от заданного порядка движения согласно маршрутной карты, как относительно боковой разметки выбранной в маршрутной карте АУ БАТС полосы движения, так и определить положение каждого АУ БАТС вдоль этой полосы на маршруте движения.
При этом в отношении колонны БАТС система управления движением по маршруту лидера колонны БАТС формирует и передает информацию и команды управления движением в систему управления движением каждого ведомого БАТС в составе колонны через лидера колонны БАТС, а последняя на основании информации о местонахождении лидера колонны и каждого ведомого АУ БАТС, положении АУ БАТС относительно дороги, боковой разметки полосы движения по обе соответствующие стороны лидера колонны БАТС, всей ширины полосы движения спереди и позади лидера колонны БАТС, выполняет обработку информации и команд управления, формирует и передает управляющие воздействия с необходимым сдвигом во времени и пространстве, по меньшей мере, на тормозную систему, рулевую систему и на тяговую систему каждого ведомого АУ БАТС в составе колонны.
Предложенная последовательность действий и средства для ее осуществления позволяют повысить эффективность управления движением каждого АУ БАТС и БАТС в составе колонны в транспортном потоке и снизить как первичные, так и текущие затраты на это путем оптимального распределения потоков информации от центров управления к АУ БАТС, к лидерам их колонн из БАТС и необходимых контрольных ответов обратно и упрощения процесса управления дорожным движением в целом.
Основным критерием оптимальности распределения информационных потоков управления является минимизация объема передачи информации для автоматического исполнения управления движением интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги к АУ БАТС вследствие упрощения сигналов для выполнения команд управления, обратных ответов и контрольных проверок, путем оптимального распределения функций по контролю исполнения и положения, а также оптимизация распределения материальных затрат для ее реализации.
Это возможно, так как передача команд управления и контроля происходит в виде набора простых сигналов сканирования дорожной разметки, которые могут легко быть необходимым образом преобразованы в другие сканы, в том числе и в визуальные изображения и идентифицированы со сканами и реальной дорожной разметкой и проконтролированы как на каждом АУ БАТС, так и на лидере колонны БАТС и ведомых АУ БАТС колонны. Команды по управлению движением также могут быть привязаны к элементам дорожной разметки 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 сканов и соответственно перемещения АУ БАТС относительно них.
Кроме всего это возможно, так как при эксплуатации ИТИ основные средства, то есть большие первичные затраты на капитальное строительство, то есть на построение дорог и интеллектуальной транспортной инфраструктуры каждой автомобильной дороги, которые будут долговременными капитальными вложениями, предназначенными для длительной эксплуатации с учетом непрерывных текущих изменений, а быстро изнашивающиеся и часто меняющимися - транспортные средства, которые будут оснащены упрощенными, легко воспроизводимыми, быстро модифицируемыми и относительно дешевыми средствами управления движением с необходимыми приводами управления.
Положение АУ БАТС относительно разметки дорожной полосы на дорожном полотне и его движение легко контролировать, так как формы объектов дорожной разметки имеют простые конфигурации, например, в виде прямоугольников, трапеций, параллелограммов, ромбов и т.п., которые легко аппаратно и/или математически преобразуются в импульсные сигналы легко определяемой последовательности, геометрические преобразования которых можно производить, меняя их относительную длительность в течении периода развертки и самого периода развертки, и легко сравнивать с другими видами сигналов, получаемых со сканирующих боковых гиростабилизированных сканирующих устройств, которые просты и из-за своей простой пространственной геометрии и конфигурации, их легко контролировать по их положению относительно, например, центральной оси АУ БАТС, лидера колонны из БАТС, или каких-либо точек габаритных размеров, так как легко вычислить и определить их положение относительно точек перекладки (изменения направления движения) луча сканирующего устройства, а также легко определить положение АУ БАТС, лидера колонны из АУ БАТС и на полосе движения дорожного полотна, так как это будут сигналы, подобные импульсам развертки типа импульсного телевизионного сигнала, то есть вида есть сигнал или нет сигнала с соответствующими началом и концом возвратно-качательного, сканирующего движения луча сканера. По продолжительности этих видов сигнала в каждом прямом и обратном ходе до границы изменения направления движения луча сканирования при получении сканов можно легко определить положение элементов разметки относительно гиростабилизированного сканера и соответственно положение АУ БАТС на полосе движения дорожного полотна. Гиростабилизация сканеров значительно упрощает пространственную привязку сканов и позиционирование АУ БАТС, вследствие однозначного положения сканирующих устройств и видом самих результатов сканирования.
При необходимости изменения величины удаления плоскости сканирования, например, при ухудшении видимости из-за тумана или дождя простыми геометрическими преобразованиями можно легко получить из массива опорных сканирующих сигналов необходимый сигнал на нужном удалении, например, путем изменения фазы сравнения с соответствующим опорным сигналом, получаемым от путевого центра управления.
Два сканирующих устройства соответственно спереди и сзади АУ БАТС, колонны из АУ БАТС позволяют практически непрерывно позиционировать его относительно элементов дорожной разметки, так как, если прерывается элемент дорожной разметки спереди, то такой же элемент сзади обычно еще не успел прерваться, или наоборот, потому что эти периодичные или непрерывные элементы имеют длину, не совпадающую с длиной АУ БАТС, колонны из АУ БАТС или этого легко достичь, задав им такое свойство заранее, при нанесении на дорожное полотно.
Выполнение всех необходимых и достаточных действий для получения новых технических результатов с помощью известных материальных средств при реализации предложенного способа управления движением отдельных беспилотных автономных транспортных средств и колонн БАТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги,
при котором перед началом движения на каждом автоматически управляемом (АУ) БАТС и лидере колонны БАТС устанавливают его индивидуальный идентификационный код и составляют описание предполагаемого, задаваемого пользователем маршрута движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, включающее начальный пункт отправления и конечный пункт прибытия, предполагаемое, заданное время начала движения, контрольное время нахождения в пути и контрольное время прибытия, выбранный допустимый интервал времени нахождения в пути и в выбранном, заданном направлении движения; затем маршруты передают на центральный сервер регионального центра управления ИТИ, где их предварительно обрабатывают, рассчитывают окончательные оптимальные маршруты, составляют маршрутные карты и передают их полностью или порционно в системы управления движением каждого АУ БАТС и лидера колонны БАТС и передают команды, разрешающие движение в автоматическом режиме каждому АУ БАТС и лидеру каждой колонны БАТС по их маршруту в соответствии с их маршрутными картами, при этом контролируют взаимное положение АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке, и состояние дорожной обстановки.
Идентификационный код каждого АУ БАТС и каждого лидера колонны БАТС и ведомых АУ БАТС 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 АУ БАТС 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 АУ БАТС и лидером каждой колонны БАТС с ведомыми АУ БАТС указанной колонны с помощью системы управления ИТИ контролируют местоположение каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС и корректируют отклонение АУ БАТС и каждой колонны БАТС от маршрута, 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 АУ БАТС, участвующих в дорожном движении, и передают в систему управления движением СУД БАТС и лидера каждой колонны БАТС скорректированные команды по управлению движением БАТС и каждой колонны БАТС на последующих участках маршрута движения в соответствии с предлагаемым способом.
Кроме этого на каждом участке дороги посредством локальных и/или распределенных датчиков состояния движения, расположенных вдоль маршрута, контролируют состояние дорожной обстановки на дорожном полотне и условия движения транспортного потока, включая, по меньшей мере, данные колебаний или изменений в режиме реального времени суточных, погодных или иных условий на территориях движения транспортного потока, данные о рельефе местности, интенсивности транспортного потока, его составе, позиционировании ТС на полосе движения, на дорожном полотне и оптимальном распределении на нем АУ БАТС и колонн БАТС по габаритам, грузоподъемности и/или другим тактико-техническим характеристикам. Это позволяет повысить надежность и эффективность управления транспортным потоком и отдельного АУ БАТС на дорожном полотне.
Затем с учетом результатов контроля состояния дорожной обстановки и изменений условий движения транспортного потока, например, с учетом возникновения аварийных ситуаций, проведения плановых или срочных строительно-дорожных работ, изменения суточных, сезонных, погодных или климатических условий, появления на дорожном полотне случайных диких или домашних зверей, неадекватных субъектов, объектов в виде падающих самолетов или предметов, переносимых ветром, таких как листва или обломки строений после торнадо, и т.п. Полный перечень опасных для дорожного движения предметов и явлений не может быть полным и исчерпывающим, так как они могут быть очевидными, часто встречающимися и крайне редкими непредсказуемыми, например, такими как падение метеорита. При выявлении критических изменений через центральный сервер регионального центра управления ИТИ корректируют маршруты и графики движения АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке региона и вносят изменения в маршрутные карты каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, участвующих в изменении порядка движения потока транспорта по всей дорожной сети, подконтрольной центральному серверу регионального центра управления ИТИ. Это позволяет повысить безопасность и надежность управления транспортным потоком и динамично изменять оптимальное распределение движения АУ БАТС и колонн БАТС в транспортном потоке региона.
Пространственное положение и параметры движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны на их полосах движения системой ИТИ можно контролировать с помощью обще известных средств, таких как глобальные спутниковые системы навигации, например, GPS, ГЛОНАСС и/или внешних датчиков интеллектуальной транспортной инфраструктуры автомобильной дороги, регистрировать идентификацию, прохождение мерных, например, мильных или километровых участков дороги, определяющих положение АУ БАТС и колонн БАТС на их полосах движения по дорожной разметке и расстояние до других ближайших АУ БАТС и колонн БАТС. Это необходимо для повышения безопасности и надежности управления, кроме этого такой контроль позволяет повысить безопасность движения путем быстрого реагирования не только на аварийную ситуацию, но и на причину, предрасполагающую к ней, например, такую, как появление в придорожной полосе лесного зверя или неадекватного субъекта, появление которых можно предотвратить, например, подачей звукового сигнала или предупредительной подсветки лазером.
Для контроля пространственного положения, параметров движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС, а также расстояний между АУ БАТС отдельных и в составе колонны, на них устанавливают датчики позиционирования, например, радары, лидары и датчики визуального изображения - видеокамеры, которые передают контрольное изображение части дороги, которое сравнивают с реальным видом разметки дороги. При этом следует отметить, что контроль соответствия контрольных и реальных визуальных изображений может происходить в ограниченном объеме как в центре управления ИТИ, так и (для снижения объема обмена информационными потоками) непосредственно на борту каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС или при наличии необходимости и возможности на борту каждого или отдельного АУ БАТС, выбранного системой управления движением ИТИ для осуществления выборочного контроля, по результатам которого в центр управления посылается только кодированное сообщение о соответствии изображений или их не совпадении и процент различий.
Многократный перекрестный контроль пространственного положения и параметров движения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны на их полосах движения, как на борту каждого АУ БАТС, также, как и потока БАТС на дорожном полотне по частям и в целом позволяет повысить безопасность, надежность и оперативность реагирования на опасные ситуации на дороге.
Передача информации, содержащейся в каждой обновленной маршрутной карте, и команд по управлению сопровождается автоматическим подтверждением получения ее на борту АУ БАТС и лидера колонны БАТС.
С помощью системы управления ИТИ движением АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером 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 АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны на их полосах движения - проводят путем контроля динамического изменения в режиме реального времени пространственного положения и расположения относительно элементов дорожной разметки каждой полосы движения на дорожном полотне, производят в режиме реального времени обновление баз данных от внешних систем мониторинга, а их динамику движения контролируют по изменению их места положения в процессе движения, по меньшей мере, четырех датчиков пространственного позиционирования в виде гиростабилизированных сканеров, два из которых расположены по обоим бокам каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС с возможностью контролирования их положения относительно боковой разметки полосы движения по обе соответствующие стороны соответствующего АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС, третий - с возможностью контроля всей ширины полосы движения перед ними, а четвертый - с возможностью контроля всей ширины полосы движения позади каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС, то есть средств индивидуального позиционирования каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС на дорожном полотне по дорожной боковой разметке полосы движения АУ БАТС и лидера колонны БАТС, например, о состоянии дорожного полотна, дорожной разметки, обрабатывают данные по задаваемой заранее программе, по результатам обработки определяют значения параметров перечисленных данных, сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критические значения параметров движения БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны, по результатам обработки и определения параметров, при необходимости, производят коррекцию маршрута движения АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны, формируют и передают команды по управлению движением в СУД АУ БАТС и СУД лидера каждой колонны БАТС, которые передают скорректированные управляющие команды с необходимым сдвигом во времени и пространстве на приводы управления движением каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС, например, на приводы управления работой тормозной, тяговой и рулевой систем.
Оптимальность распределения потока АУ БАТС и колонн БАТС по дорожной сети через центральный сервер регионального центра управления ИТИ может зависеть от пропускной способности соответствующей дороги, состояния и несущей способности ее дорожного полотна в режиме реального времени по погодным и т.п. условиям.
Так же система управления ИТИ дополнительно может осуществлять управление движением через путевой сервер путевого центра управления ИТИ каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС путем подачи команд управления в СУД каждому АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны. При этом система управления ИТИ передает выше указанную информацию в виде набора простых по форме импульсных сигналов - сканов разметки полос дорожного полотна.
При этом система управления ИТИ может передавать не только четыре необходимых или взаимно преобразуемых для контроля сигналов сканирования для гиростабилизированных сканеров, но и метод их взаимного преобразования, для их сравнения с реальными результатами сканирования, так же как и контрольные телевизионные изображения дорожной разметки. Так как два боковых предварительных сигнала сканирования могут преобразовываться путем вычленения его части из сплошного сигнала переднего или заднего поперечного сигнала сканирования для всей полосы движения путем их пространственной синхронизации и совмещения через пустой пространственный сигнал сканирования между двумя соответственно левым и правым элементами разметки. Даже при утере во время передачи части информации из-за простоты сигналов ее легко проверить и восстановить.
В соответствии с требованиями правил дорожного движения (ПДД) транспортное средство должно двигаться по середине полосы движения, то есть на равном расстоянии от боковых элементов ее разметки, что значительно упрощает процесс позиционирования каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны на указанной полосе движения. Так как участки отсутствия и наличия сигнала сканирования должны располагаться в сигнале сканирования и в контрольном сигнале симметрично. Исключением могут быть сигналы сканирования при искривлении дорожного полотна на повороте. Это может также быть получено из прямолинейных видов разметки путем широко известного простого математического преобразования пространственно-геометрического сжатия-растяжения с поворотом.
При этом следует отметить, что, как правило, при выше указанном требовании ПДД переднее и заднее сканирующее устройство имеют малую эффективность позиционирования из-за ограниченной глубины сканирования, т.е. только до ближайшего АУ БАТС, расположенного на указанной полосе движения, в размер которого не всегда может попасть отдельный элемент дорожной разметки, а боковые сканирующие устройства имеют возможность сканирования на значительно большую глубину, так как по элементам дорожной разметки отдельные АУ БАТС и колонны БАТС особенно с лидером каждой колонны, согласно указанным требованиям ПДД не должны по ним двигаться и соответственно их собою закрывать. Следовательно, планирование движения желательно проводить по боковым сканам, которые могут проводиться не только в поперечном направлении, но и продольными или с необходимой глубиной кадровой развертки, так же как в телевизионном сигнале кадра изображения разметки, или даже в виде многократного телевизионного изображения. Это, очевидно, будет определяться возможностями бортовой вычислительной сети АУ БАТС каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС.
Кроме этого следует отметить, что в этом случае помимо оригинальных видов сканов или кодирования их путем сжатия-кодирования, система управления интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги может передавать коды или алгоритмы необходимых геометрических преобразований сигналов, для контроля пространственного положения каждого гиростабилизированного сканера и соответственно удаления плоскости сканирования на дорожном полотне по горизонтали и соответствующей дальности до плоскости сканирования, ограниченной, например, из-за изменения рельефа местности, по которой проходит дорога.
При необходимости сканирование может производиться в определенных видимом, ультрафиолетовом, инфракрасном или иных диапазонах электромагнитного излучения сканирующего лазера, что позволит преодолеть сложности с видимостью дорожной разметки, из-за ухудшения реальной видимости в обычном видимом диапазоне.
Передача всего необходимого набора сканов от каждого дальнего бокового, как левого, так и правого, до ближайшего поперечного переднего и/или заднего, позволяет построить реконструированное изображение дорожной разметки в выбранном варианте перспективы для его сравнения с контрольным телевизионным изображением. Такая форма сообщения упрощает математическую обработку отдельных сканов сравнения для последующего их сравнения с реальными «живыми» сканами, получаемыми со сканеров сканирующих гиростабилизированных устройств, которые необходимы для однозначной пространственной стабилизации и ориентации относительно дорожного полотна.
Очевидно, что скорости, ускорения и другие динамические показатели изменения положения АУ БАТС и колонн БАТС с лидером каждой колонны во времени и в пространстве являются производными от времени и пространственного положения каждого АУ БАТС и колонн БАТС и легко вычисляются по изменению их положения относительно изменения координат, заданных пространственным образом, по реальному текущему значению времени действия, в данном случае относительно элементов дорожной разметки.
Очевидно также, что определение положения относительно однотипных по форме элементов дорожной разметки затруднено, и для того, чтобы различать пространственное положение АУ БАТС и колонн БАТС, эти элементы могут иметь радиометки или другие отметки, например, штрих коды на поверхности, по которым можно отличать их между собой как верстовые столбы по километровым табличкам.
Установлено, что по изменению расстояния до плоскости сканирования гиростабилизированного сканирующего устройства можно определить изменение рельефа местности, например, при приближении это будет подъем, при удалении - спуск, по изменению положения боковых крайних точек - вираж и его направление и т.д. (подробно см. ранее указанный Патент РФ № RU 2649962 С1 «Способ управления автоматическим транспортным средством», заявитель Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ"), опубл. 10.04.2018).
Такие изменения могут быть отражены в контрольных сканах, передаваемых на каждое АУ БАТС и на лидер, т.е. головное транспортное средство в колонне БАТС. А по ним соответственно можно определить или задать заранее управляющие воздействия на органы управления АУ БАТС и/или головного, лидирующего в колонне БАТС, например, такие как изменение положение органа управления тормоза или акселератора при движении в гору и с горы.
В соответствии с заявляемым способом управления движением АУ БАТС и колонн БАТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги работа системы управления движением внутри колонн БАТС в общем виде построена на выполнении следующего общего требования: обеспечение устойчивого управления движением АУ БАТС и колонн БАТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги посредством передачи управляющих команд на АУ БАТС и на лидеры колонн БАТС через беспроводные каналы связи центрального сервера регионального центра управления ИТИ.
В соответствии с заявляемым способом управления движением по маршрутам АУ БАТС и колонн БАТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги могут быть достигнуты технические результаты не только при выполнении всех действий способа, но и при использовании его части.
Так при управлении движением БАТС внутри каждой колонны БАТС достигаются следующие положительные требования и результаты:
- обеспечение устойчивого управления движением внутри колонны посредством беспроводных каналов связи между отдельными ведомыми АУ БАТС и лидерами колонн БАТС;
- надежное функционирование алгоритмов управления колонной у лидера АУ БАТС;
- надежное функционирование алгоритмов управления движением у ведомых АУ БАТС.
При этом СУД каждого лидера каждой колонны БАТС обеспечивает, например, путем оснащения его более мощной, надежной и дальнодействующей системой связи (например, такой как связь через спутник) и более производительным процессором, гарантированное достижение следующих функций:
- получение информации и команд управления от путевого центра управления;
- получение контрольной информации о местонахождении каждого АУ БАТС в составе колонны с помощью альтернативных систем позиционирования, например, таких как спутниковая навигационная система, колесная навигационная система, бесплатформенная инерциальная навигационная система;
- получение информации о препятствии впереди лидера колонны БАТС, например, с помощью УЗ локатора;
- распознавание дорожных знаков, сигналов светофоров или других средств информирования об ограничениях на параметры дорожного движения с помощью СУД лидера колонны БАТС;
- распознавание дорожной разметки с помощью СУД лидера колонны БАТС;
- формирование и передача аварийных команд управления в СУД ведомых АУ БАТС в составе колонны;
- формирование и передача текущих команд управления в СУД ведомых АУ БАТС в составе колонны.
В свою очередь СУД каждого отдельного АУ БАТС в составе колонны, по меньшей мере, обеспечивает:
- получение информации и команд управления от СУД интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ИТИ) автомобильной дороги через лидера колонн БАТС;
- обратную передачу информации через СУД лидера колонны БАТС в интеллектуальную транспортную инфраструктуру (ИТИ) автомобильной дороги;
- формирование и передачу управляющего воздействия на тормозную систему;
- формирование и передачу управляющего воздействия на рулевую систему;
- формирование и передачу управляющего воздействия на акселератор тяговой системы.
- оперативное получение контрольной дорожной и погодной информации собственными средствами путем мониторинга окружающей среды датчиками пространственного позиционирования в виде гиростабилизированных сканеров;
- обработку информации для оценки положения АУ БАТС относительно дороги (боковой разметки полосы движения по обе соответствующие стороны АУ БАТС и лидера колонн БАТС, по всей ширине полосы движения спереди и позади каждого АУ БАТС в составе колонны и лидера колонны БАТС);
Так как управляющие команды для каждого АУ БАТС и лидеров колонн из АУ БАТС формируют только на основе идеального желательного положения каждых АУ БАТС и колонны БАТС с лидером каждой колонны на полосе движения по разметке дорожного полотна, а случайное отклонение от необходимого положения определяется изменением пространственного положения элемента скана, то есть почти в цифровой форме по длительности отдельных частей при каждом прямом и обратном ходе луча скана с при его перекладке с отсутствием и наличием сигнала, получаемого в виде луча, отраженного соответственно от дорожного полотна и соответствующего элемента дорожной разметки полосы движения. При этом легко при помощи широко известных средств определить расстояние до плоскости сканирования, например, методами, аналогичными работе лазерного дальномера. Такие сигналы могут обрабатываться простыми средствами, даже на простейших аналоговых устройствах.
В общем виде в соответствии с предлагаемым способом в отношении управления движением колонны важно отметить, что система управления движением лидера каждой колонны БАТС формирует и передает информацию и команды управления движением в систему управления движением каждого ведомого АУ БАТС в составе колонны, а последняя на основании информации о местонахождении АУ БАТС, положении АУ БАТС относительно дороги, боковой разметки полосы движения по обе соответствующие стороны лидера колонны БАТС, всей ширины полосы движения спереди и позади лидера колонны БАТС о препятствиях спереди и позади лидера АУ БАТС в колонне, выполняет обработку информации и команд управления, формирует и передает управляющие воздействия, например, на тормозную систему, рулевую систему и на тяговую систему каждого ведомого АУ БАТС в составе колонны и при необходимости высылает подтверждение выполнение команд и действий по управлению каждым АУ БАТС и колонной БАТС в целом.
В данном техническом решении в сравнении с известными СУД АУ БАТС и лидерами колонн БАТС достигаются более простые и значительно сниженные объемы вычислительных операций для выполнения команд и действий по управлению движением АУ БАТС, при этом используются простые алгоритмы управления, математические преобразования, программное обеспечение систем и подсистем управления, состоящих из штатных датчиков, контроллеров, исполнительных устройств, интерфейсов для точного позиционирования АУ БАТС в составе колонн БАТС.
К числу преимуществ, то есть новых технических результатов, достигаемых с помощью новой последовательности действий предлагаемого способа управления ИТИ движением АУ БАТС и колонн БАТС, следует отнести то, что основные функции системы управления движением каждого беспилотного автономного транспортного средства, т.е. каждого отдельного АУ БАТС и АУ БАТС в каждой колонне БАТС с лидером каждой колонны, выполняются простыми техническими средствами мониторинга движения по всему маршруту движения, которые включены в системы и средства управления интеллектуальной транспортной инфраструктуры, включая средства связи, предназначенные для передачи команд управления движением в СУД АУ БАТС и лидерам колонн БАТС, содержащих программы команд управления в виде маршрутных карт, включающих задание режимов и параметров работы управляющих механизмов для выполнения движения по маршруту (в том числе таких как - начало движения, разгоны (механизм управления акселератором), торможение (механизм управления тормозами), поддержание скорости движения (механизм поддержания режима круизконтроль), маневры при помощи комплекса указанных механизмов) из пункта отправки А в пункт назначения Б. При этом управление движением и контроль положения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны согласно маршрутной карты, в которой элементарный контроль положения относительно других АУ БАТС и колонн из АУ БАТС, пространственного позиционирования с определением расположения на полосе движения и других параметров движения проводят при помощи простых средств индивидуального позиционирования каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС на дорожном полотне по дорожной разметке полосы движения, относительно которой контролируется их положение. Это производится с помощью, по меньшей мере, четырех гиростабилизированных сканеров, два из которых расположены по обоим бокам каждого АУ БАТС и лидера каждой колонны БАТС с возможностью контролирования их положения относительно боковой разметки полосы движения по обе стороны соответствующего АУ БАТС и лидера колонны БАТС, третий - с возможностью контроля всей ширины полосы движения перед ними, и четвертый - с возможностью контроля всей ширины полосы движения позади них и синхронизированной проверки совпадения боковых сканов дорожной разметки с вычлененными частями поперечных сканов полосы спереди и контрольной проверки сзади, содержащими участки разметки. Эта процедура выполняется путем взаимного пространственно-временного синхронизирования и соответствующего автоматического преобразования размеров сканнов, получаемых в зависимости от расстояния до точки сканирования относительно автомобиля в соответствии с необходимым масштабом и с требованиями линейной или иной перспективы, позволяющей установить их однозначное взаимное соответствие.
При этом достигается оптимизация распределения функций контроля и управления между системой пространственно-временным синхронизированием движения и положения на дорожном полотне каждого конкретного АУ БАТС, колонны БАТС и его лидера для каждой колонны и соответствующим взаимных автоматическим определением положения в транспортном потоке относительно других АУ БАТС и колонн БАТС, при которой система управления ИТИ задает общие положения маршрутов движения, а случайные отклонения контролируются и корректируются ранее указанными элементарными средствами, размещенными на каждом АУ БАТС и лидере колонны БАТС.
Реализация данного способа позволяет достичь новых технических результатов, которые состоят в существенном повышении надежности и эффективности работы всего процесса транспортных перевозок, обеспечении повышения производительности транспорта, качества работы транспорта, в улучшении дорожной и экологической безопасности, а также - в снижении удельной стоимости всего процесса грузопассажирских перевозок, так как упрощаются процесс управления движением АУ БАТС и колонн БАТС, инфраструктура средств управления потоком движения АУ БАТС и колонн, состоящих из БАТС, и оптимизируются потоки обмена информацией между центром управлениями ИТИ и АУ БАТС и лидерами колонн БАТС. составляющими транспортный поток, состоящий из АУ БАТС и колонн из БАТС.
Преимуществами настоящего изобретения по сравнению с аналогами, то есть существующими техническими результатами, 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 и передачу команд управления в СУД каждому АУ БАТС и лидеру каждой колонны БАТС, более надежными, оперативными, точными методами и более простыми средствами, в которых сбором, обработкой информации, формированием и передачей команд управления на привода управления системами АУ БАТС включая БАТС в составе колонн, так как в предложенной интеллектуальной транспортной инфраструктуре (ИТИ) автомобильной дороги управление, контроль движения и управления выполняет система управления движением каждого АУ БАТС, состоящая, по меньшей мере, из четырех гиростабилизированных сканеров, два из которых расположены по обоим бокам каждого АУ БАТС и каждого лидера колонны БАТС, с возможностью контролирования его положения относительно боковой разметки полосы движения по обе соответствующие стороны соответствующего АУ БАТС и лидера каждой колонн БАТС, третий - с возможностью контроля всей ширины полосы движения перед ними, а четвертый - с возможностью контроля всей ширины полосы движения позади каждого АУ БАТС и лидера каждой колонн БАТС, и синхронизированной проверки совпадения боковых сканов дорожной разметки с вычлененными частями поперечных сканов полосы спереди и контрольной проверки путем сравнения массива сканов, содержащих участки разметки с необходимым пространственно-временным синхронизированием и соответствующим автоматическим преобразованием размеров последовательно получаемых сканов в зависимости от расстояния до точки сканирования относительно автомобиля в соответствии с необходимым масштабом и с требованиями линейной или иной перспективы, позволяющей установить их однозначное взаимное соответствие. При этом соответствующие результаты сканирования боковых сканеров автоматически преобразуют в контрольные визуальные изображения дорожной разметки, в соответствии с зависимостью от расстояния до точки сканирования в соответствующем масштабе и с требованиями линейной или иной перспективы и проводят контрольное сравнение с вычлененными из общего телевизионного изображения математическими методами преобразования изображений с визуальными телевизионными изображениями указанных элементов дорожной разметки.
Многократный взаимный контроль элементов движения и управления повышает надежность, точность и оперативность управления.
2. Интеллектуальная транспортная инфраструктура автомобильной дороги обеспечивает более точное формирование маршрутов движения, управление движением и контроль положения каждого АУ БАТС и каждой колонны БАТС с лидером каждой колонны на полосе движения за счет применения гиростабилизированных сканеров систем управления движением, установленных на каждом АУ БАТС и лидерах колонн БТС для контролирования их положения относительно боковой разметки полосы движения в спереди и сзади по обе соответствующие стороны соответствующего АУ БАТС и лидера каждой колонн БАТС.
3. Интеллектуальная транспортная инфраструктура автомобильной дороги обеспечивает более оптимальное формирование маршрутов движения, управление движением и контроль положения каждого АУ БАТС и каждой колонны БТС с лидером каждой колонны путем расчета загруженности дорог региона и/или 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 дорожно-транспортных, климатических условий, электромагнитных природных и антропогенных технических помех, времени суток и сезонов года при движении АУ БАТС и колонн БАТС 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 СУД АУ БАТС и лидерами колонн БАТС более простое управление, требующее меньшего объема вычислительных операций, формирования несложных команд управления приводами в каждом БАТС, реализации несложных алгоритмов управления, использования более простых математического аппарата, программного обеспечения систем и подсистем управления, состоящих из соответствующих датчиков, контроллеров, исполнительных устройств, интерфейсов в связи с необходимостью более точного позиционирования АУ БАТС в составе колонн БАТС.
6. Обеспечивается сокращение ложных срабатываний и сбоев в работе систем управления движением АУ БАТС, которые могут быть вызваны, низкой точностью и недостаточным качеством позиционирования АУ БАТС и колонн БАТС на полосах движения. При этом четыре гиростабилизированных сканирующих устройства также обеспечивают надежный контроль над возможностью аварийного сближения с окружающими АУ БАТС и колоннами БАТС.
7. Обеспечивается более надежное управление работы движением АУ БАТС на всех эксплуатационных режимах - скоростных режимах движения, разгонах, торможениях и маневрах.
8. Обеспечивается повышение помехоустойчивости путем использования простых средств связи при передаче простых команд и простых программ управляющих воздействий на органы управления относительно простых и надежных систем контроля положения и управления каждого АУ БАТС и каждой колонны БТС на полосе движения.
9. Обеспечивается существенное повышение надежности и эффективности работы всего процесса транспортных перевозок, обеспечение повышения производительности, качества, дорожной и экологической безопасности, а также снижение удельной стоимости эксплуатационных материалов и других текущих затрат для всего процесса грузопассажирских перевозок путем повышения качества управления движением АУ БАТС и колонн БАТС.
В целом в предлагаемом изобретении устранены основные недостатки известных технических решений по управлению движением беспилотных автономных транспортных средств и колонн БАТС интеллектуальной транспортной инфраструктурой автомобильной дороги путем повышения качества управления движением за счет более точного позиционирования и совершенного способа управления движением АУ БАТС и колонн БТС по задаваемым маршрутам.