Предыдущие исследования, посвященные аудио-видео и пешеходам, в основном были посвящены взаимодействию при столкновениях (например, Ackermann et al., 2019; Lundgren et al., 2016; Rothenbucher et al., 2016). Лишь в немногих исследованиях была проведена оценка потенциального воздействия ПДД на безопасность пешеходов. (2019 год) Комбс и др. подсчитали, что в 36 98% случаев дорожно-транспортных происшествий со смертельным исходом с участием пешеходов в Соединенных Штатах пешеходов можно было бы распознать с помощью датчиков, а дорожно-транспортные происшествия можно было бы избежать благодаря характеристикам АВД.
Диапазон зависит от используемой технологии датчиков (например, камеры, LiDAR или радара), которые работают в различных условиях. Например, сенсоры камер считаются неэффективными при плохом освещении и неблагоприятных погодных условиях. По оценкам Detwiller и Gabler (2017 г.), датчики AV могут предотвратить 95% дорожно-транспортных происшествий с травмами пешеходов в Соединенных Штатах, поскольку нарушение правил дорожного движения привело к аварии или пешеход был виден более чем за одну секунду до пересечения улицы. В некоторых других исследованиях была проведена оценка потенциала безопасности систем автоматического аварийного торможения (АЭТ), которые не в полной мере сопоставимы с функционированием ПТС. Например, по данным Люббе и Куллгрена (2015 год), АЭБ может снизить на 25-26% издержки, связанные с травмами в результате ДТП с участием транспортных средств и пешеходов. Исследование проводилось на основе симуляций и сценариев испытаний манекенов для пешеходов.
До сих пор разговор о преимуществах АВД с точки зрения безопасности в основном был сосредоточен на устранении ошибок водителя, что является ключевым фактором с точки зрения предотвращения дорожно-транспортных происшествий. Однако до сих пор неясно, когда эксплуатационные возможности АВ-приводов будут достаточно развиты, чтобы они могли работать в неблагоприятных погодных условиях и взаимодействовать с другими участниками дорожного движения, особенно с пешеходами и велосипедистами. Прогнозируется, что аудио-видео аппараты могут стать основными к 2040 или 2050 г. (Литман, 2019 г.). На начальном этапе внедрения АВ, вероятно, АВ работают на дорогах без сложных перекрестков (Combs et al., 2019), когда воздействие на пешеходов потенциально невелико. До того, как АВД будут способны работать в различных условиях, роль человека-водителя останется неизменной, и все еще существуют возможности для человеческих ошибок.
Данное исследование направлено на оценку потенциального воздействия 4 и 5 АВД уровня SAE на безопасность пешеходов в условиях дорожного движения и погодных условиях Финляндии, в которых четыре сезона и особенно зима затрудняют работу АВД. Потенциальное воздействие на безопасность оценивается как максимальное потенциальное воздействие на безопасность, например, в гипотетически наилучших ситуациях с точки зрения эксплуатации АВ. В ходе анализа считается, что АВ может быть не в состоянии работать в различных погодных условиях в ближайшие годы, когда на рынке появятся первые АВ. Также считается, что некоторые водители хотели бы ездить сами, несмотря на возможность автоматического вождения. Если бы водителям разрешили обойти автоматизированную систему вождения, то потенциальные преимущества с точки зрения безопасности были бы сведены на нет.
Данные и метод
Потенциальное воздействие АВД (уровни 4 и 5 SAE) на безопасность пешеходов оценивается путем анализа углубленных исследований дорожно-транспортных происшествий со смертельным исходом в период 2014-2016 годов, происходящих в Финляндии. Эти данные включают 40 дорожно-транспортных происшествий с участием пешеходов и легковых автомобилей, управляемых водителями, которые предоставляются Финским институтом данных о дорожно-транспортных происшествиях. Число пешеходов, погибших в 40 дорожно-транспортных происшествиях, составляет 41. Все дорожно-транспортные происшествия со смертельным исходом с участием пешеходов, в которых легковые автомобили участвовали в период 2014-2016 годов, включены в исследование, поскольку почти все дорожно-транспортные происшествия со смертельным исходом тщательно изучаются в Финляндии. Эти данные включают описания дорожно-транспортных происшествий и другие характеристики транспортных средств, дорожной инфраструктуры и погодных условий, которые основываются на исследованиях, проводимых многопрофильными группами по расследованию дорожно-транспортных происшествий. Исследования дорожно-транспортных происшествий со смертельным исходом проводятся в соответствии с законодательством Финляндии (Finlex, 2016).
Прогнозируется, что AV (уровень 4) появятся на рынке в ближайшем будущем, но первые версии AV, вероятно, смогут работать только при ограниченных условиях (домен оперативного проектирования, ODD). Особенно в Финляндии, зимние условия (например, снегопад и снежное дорожное покрытие) повышают уровень сложности в эксплуатации АВ. Возможно, что первые АВ, которые заменяют обычные легковые автомобили, не смогут работать в неблагоприятных погодных условиях. В настоящее время видимость разметки полосы движения является требованием некоторых систем помощи водителю (например, помощь в удержании полосы движения), и вполне возможно, что для некоторых ПТС уровня 4 требуется полностью видимая разметка полосы движения). Кроме того, ПТС могут быть не в состоянии оценить намерения пешеходов в потенциальных конфликтных ситуациях (например, собирается ли пешеход переходить улицу) из-за ограничений, налагаемых современными технологиями и алгоритмами (Rasouli & Tsotsos, 2019). Если намерения пешеходов не могут быть оценены до того, как пешеход будет идентифицирован в ходе столкновения или наступит на проезжую часть, то функция предотвращения столкновения может быть активирована только в том случае, если очевидно, что произойдет конфликт. Отсутствие предвидения автоматизированной системы вождения затрудняет избежание столкновения в конфликтных ситуациях. Поскольку предстоящее будущее, связанное с разработкой АВ, является неопределенным, в настоящем исследовании рассматриваются гипотетически варьирующиеся ЗПД АВ.
Формируются три различных сценария эксплуатационных возможностей ПТр, и в этом исследовании оценивается их потенциальное воздействие на безопасность (таблица 1). В базовом сценарии (1), АВ (уровень 4) не может работать в неблагоприятных условиях и без видимой разметки полосы движения. В продвинутом сценарии (2) АВ (уровень 4) способен работать в условиях низкой освещенности и без видимой разметки полосы движения, но не способен работать в неблагоприятных погодных условиях (например, на дождевом или снежном дорожном покрытии). В сценарии полной автоматизации (3), AV (уровень 5) теоретически может работать в различных погодных и дорожных условиях. Кроме того, каждый из трех сценариев разделен на две группы: либо водитель не может обойти систему (А), либо водителю разрешается обойти систему и взять на себя управление транспортным средством (В). Этот гипотетический анализ основан на предположении о том, что водитель, превысивший ограничение скорости на 15 км/ч или более в целях сокращения времени, затрачиваемого на проезд, хотел бы взять управление транспортным средством под контроль автоматизированной системы управления (В). Хотя это гипотетическая оценка потенциальных водителей, которые потенциально хотели бы обойти автоматизированную функцию вождения, анализ показывает, как изменится потенциальное воздействие на безопасность, если водителям, которые явно превысили предельное значение скорости, будет разрешено обойти систему. В этих случаях воздействие АВ на безопасность не реализуется, так как технология автоматического вождения отменяется. Кроме того, система помощи водителю (например, автоматическое аварийное торможение (АЭБ) с системой обнаружения пешеходов) вряд ли сможет предотвратить дорожно-транспортные происшествия с превышением скорости автомобиля, поскольку АЭБ вряд ли сможет предотвратить дорожно-транспортные происшествия со скоростью транспортного средства 60 км/ч и более (см., например, Lubbe & Kullgren, 2015; Sander, 2017). Следовательно, оценивается, что любая система помощи водителю не сможет предотвратить дорожно-транспортное происшествие, при котором водитель обошел автоматизированную систему вождения и превысил скорость на 15 км/ч или выше.
На основе использования данных о дорожно-транспортных происшествиях со смертельным исходом между автомобилями, управляемыми водителем, и пешеходами в Финляндии оценивается, какие дорожно-транспортные происшествия со смертельным исходом можно было бы предотвратить, если бы автомобили, управляемые водителем, были заменены на АВД. Каждые 40 дорожно-транспортных происшествий анализируются в индивидуальном порядке в различных сценариях с учетом переменных, представленных в таблице 2. Каждая переменная представляет собой результат исследований дорожно-транспортных происшествий, проведенных группами по изучению дорожно-транспортных происшествий. Например, скорость движения транспортных средств оценивается на основе исследований на месте происшествия, реконструкций и опросов.
Каждое дорожно-транспортное происшествие оценивается потенциально предотвратимым в различных сценариях, если ПТр способен функционировать на дороге и при погодных условиях на каждом месте дорожно-транспортного происшествия. Эксплуатационные возможности ПТр описываются в сценариях 1-3. Кроме того, был проведен анализ времени до столкновения (ТТК) для оценки возможности использования ПТД для предотвращения дорожно-транспортного происшествия с помощью системы предотвращения столкновений. Предполагается, что ПТКС будет задействовать тормоза, когда пешеход переходит на проезжую часть с тротуара или другого участка за пределами проезжей части. Потенциально AV мог бы избежать столкновения, если бы у него было достаточно времени для остановки транспортного средства до столкновения. Для анализа потенциала снижения риска столкновения были рассчитаны TTCAV (1) и TTCP (2). TTCAV представляет собой временное расстояние между точкой столкновения и точкой, в которой ПТр распознает пешехода, идущего к проезжей части. ППТС представляет собой временное расстояние пешехода между точкой столкновения и краем проезжей части.
TTCAV рассчитывается путем учета скорости транспортного средства (VAV ) до столкновения и среднего значения замедления а) системы предотвращения столкновения. В данном исследовании использовалось значение замедления 6,0 м/с2 , которое основано на значениях, полученных в предыдущих исследованиях с использованием систем АЭБ (например, Grover и др., 2008; Strandroth и др., 2012; Winner, 2016). ППТС учитывает 2) расстояние, которое пешеход прошел между точкой столкновения и краем проезжей части (s), и предполагаемую скорость пешехода (VP ). Предполагается, что скорость VP составляет 1,2 м/с, что основано на значениях, приведенных в предыдущих исследованиях (например, Onelcin & Alver, 2017; Rastogi et al., 2011). Наконец, сравниваются значения TTCAV и TTCP для изучения возможности использования ПВ во избежание столкновения. Если бы TTCAV был короче, чем TTCP, то столкновения можно было бы избежать, поскольку ПТС потенциально мог бы остановить транспортное средство до точки столкновения. Хотя анализ ТТК указывает на то, что авария могла бы быть предотвращена, в сценариях 1-3 учитываются также ОДП. Если ПТС не может работать в преобладающих условиях, то столкновения не удалось избежать, хотя TTCAV был короче. Предполагается, что в тех случаях, когда АВ может работать, он всегда распознает ближайших пешеходов, а АВ немедленно затормозит, когда пешеход выходит на проезжую часть. При расчетах предполагается, что точка столкновения находится в середине передней части автомобиля.
Следует отметить, что ПТС потенциально мог бы распознавать приближающегося пешехода раньше, чем пешеходные ступеньки, движущиеся к проезжей части. Однако в настоящем исследовании ПВ не рассматривается, поскольку он может предполагать, что пешеход, находящийся на тротуаре, собирается пересечь дорогу. В настоящем исследовании ПВД будет использовать тормоза только в том случае, если на проезжей части находятся ступени пешехода. В тех случаях, когда пешеход стоял на проезжей части или двигался параллельно проезжей части, ПТС в том виде, в каком он представлен в уравнении 2, не может быть рассчитан, поскольку пешеход уже находится на полосе столкновения на проезжей части, когда ПВ может распознать пешехода. Вместо расстояния (s) для определения расстояния до точки столкновения используется расстояние прямой видимости (sd ) ПВ. Расстояние до точки столкновения - это расстояние, на которое AV перемещается между точкой столкновения и точкой, когда AV может сначала распознать пешехода. Расстояние прицеливания используется для расчета ПТСР в случаях 19, 24, 33 и 34, приведенных в таблице А1 приложения. В некоторых дорожно-транспортных происшествиях, связанных, например, с дорожно-транспортными происшествиями на стоянках и с дорожно-транспортными происшествиями, вызванными смещением с полосы движения, значения ПТС не могут быть рассчитаны в связи с различными событиями, предшествовавшими дорожно-транспортному происшествию. Предполагается, что AV может избежать этих дорожно-транспортных происшествий благодаря нормальному и безопасному поведению (например, соблюдению скоростных ограничений при смещении с полосы движения и распознаванию пешеходов, находящихся рядом с транспортным средством, при столкновениях на стоянке). В этих случаях невозможно было проанализировать значения TTC 25-32 и 36-40.
Эти данные включают 13 дорожно-транспортных происшествий на пешеходных переходах, 11 дорожно-транспортных происшествий на дорогах за пределами этих переходов и 16 неклассифицированных дорожно-транспортных происшествий, включая, например, дорожно-транспортные происшествия на стоянках или дорожно-транспортные происшествия, в ходе которых транспортное средство выходит за пределы полосы движения и наносится удар пешеходу. При дорожно-транспортных происшествиях с участием пешеходов водитель, как правило, не замечает пешехода достаточно рано или вообще не замечает его. В случае дорожно-транспортных происшествий на других участках дороги пешеход перешел дорогу, не использовав пешеходный переход, и водитель не распознал пешехода, попавшего на пешеходный переход. В общей сложности 11 дорожно-транспортных происшествий происходили в темноте и семь - во время снегопада, дождя или на заснеженном дорожном покрытии. В 14 случаях разметка полосы движения не была видна из-за отсутствия разметки, заснеженной разметки или смещения разметки. В семи случаях водитель превышал скорость на 15 км/ч и более.
Результаты
Согласно анализу, 8-11 (20-28%) из 40 дорожно-транспортных происшествий со смертельным исходом с участием пешеходов потенциально могли бы быть предотвращены с помощью 4-го уровня АВ в базовом сценарии (табл. 3). Усовершенствованные АВ (уровень 4), возможно, позволили бы предотвратить 19-24 (48-60%) и полностью автоматизированные транспортные средства (уровень 5) 22-29 (55-73%) дорожно-транспортных происшествий. Диапазон зависит от того, разрешен ли обход автоматизированной системы вождения в тех случаях, когда водитель превысил скорость на 15 км/ч или более. Характеристики каждой аварии представлены в дополнительной таблице А1.
При дорожно-транспортных происшествиях на пешеходных переходах условия низкой освещенности в трех дорожно-транспортных происшествиях и выпадение снега или дождя в двух дорожно-транспортных происшествиях ограничивают эксплуатационные возможности и потенциал снижения интенсивности дорожно-транспортных происшествий в сценариях 1 и 2. В трех случаях разница между ТЦПТС и ПДТП была отрицательной, и, следовательно, дорожно-транспортные происшествия потенциально не могут быть предотвращены ни в одном из сценариев.
В дорожно-транспортных происшествиях, происходящих не на пешеходных переходах, а на других участках дороги, на предотвращение дорожно-транспортных происшествий влияют многие факторы. Шесть из этих дорожно-транспортных происшествий произошли в темноте, в четырех случаях разметка полосы движения не была видна, а в трех случаях погодные условия были неблагоприятными. В силу погодных и дорожных условий ни одно из вышеупомянутых дорожно-транспортных происшествий не могло бы быть предотвращено в сценарии 1. Кроме того, в четырех случаях разница между ТТКАВ и ТТКП была отрицательной.
В некатегоризированных дорожно-транспортных происшествиях недостатки в видимости разметки полос движения в восьми случаях оказали бы влияние на предупреждение дорожно-транспортных происшествий по сценарию 1. Недостаточная видимость разметки полосы движения, как правило, объясняется отсутствием разметки полосы движения (например, при дорожно-транспортных происшествиях на стоянке) или тем, что разметка полосы движения покрывается снегом или льдом. В одном случае, когда разница между ТЦКАВ и ТЦПТС была отрицательной, авария не могла быть потенциально предотвращена с помощью АВ. Кроме того, три других дорожно-транспортных происшествия (37, 38 и 40 в таблице А1 добавления), которые классифицируются как не относящиеся к категории дорожно-транспортные происшествия, теоретически останутся неподготовленными. Эти три дорожно-транспортных происшествия с участием пешеходов состоят из одного случая самоубийства пешехода и двух случаев, когда припаркованный автомобиль начал движение без водителя и сбил пешехода. Маловероятно, что этих дорожно-транспортных происшествий можно было бы избежать с помощью АВ.
Вышеупомянутые результаты основаны на потенциальном воздействии технологии предотвращения столкновений с использованием АВ. В случае дорожно-транспортных происшествий по сценарию В, при котором предполагается, что водитель возьмет управление автомобилем под свой контроль, когда он превысит предел скорости на 15 км/ч или более, потенциал безопасности ПТС будет меньше. В общей сложности в семи авариях водитель может потенциально перехватить управление системой и, следовательно, потенциал безопасности будет ниже во всех сценариях (1-3).