Цифровые двойники для интеллектуальных перекрёстков

Дорожная инфраструктура играет основополагающую роль в современном обществе, соединяя сообщества, стимулируя экономический рост и обеспечивая доступ к основным услугам. Только в США общая протяжённость дорог общего пользования составляет около 4,19 млн миль (и включает более 15,8 миллионов перекрестков, при этом 255 миллионов водителей ежедневно совершают около 227 миллиардов поездок и проводят в дороге в среднем 60,2 минуты. Несмотря на свою повсеместность, на перекрёстки приходится более 40% аварий и 27% смертей в результате ДТП. Высокий уровень аварий на перекрестках обусловлен такими факторами, как ошибки водителей, плохая видимость и неблагоприятные погодные условия. Пешеходы подвергаются ещё большему риску: число погибших пешеходов выросло на 75% с 2010 года. В 2023 году смертельные и тяжёлые ДТП в США привели к общим убыткам в размере $1,85 трлн, включая $460 млрд прямых экономических потерь и $1,4 трлн ухудшения качества жизни.

Существует множество попыток решить эти основные проблемы на транспортных перекрестках. Среди них технология цифровых двойников (ЦД) оказалась особенно перспективной. Цифровой двойник представляет собой виртуальный аналог физической системы или процесса, постоянно обновляемый с помощью данных датчиков в реальном времени, моделирования и алгоритмов. Виртуальные модели, которые отражают физические перекрёстки, позволяют заинтересованным сторонам прогнозировать поведение дорожного движения, выявлять опасности и реализовывать адаптивные стратегии управления дорожным движением. Более того, это нововведение может значительно повысить безопасность уязвимых участников дорожного движения, таких как пешеходы, велосипедисты и пользователи микромобильных устройств. Предлагая динамичный, основанный на данных подход к анализу и оптимизации эффективности перекрестков, цифровые двойники могут преобразовать городские транспортные системы, сделав их более безопасными, эффективными и устойчивыми.

Концепции архитектур и фреймворков важны для структурирования и внедрения эффективных цифровых двойников. Архитектура цифрового двойника определяет структурированную организацию компонентов и их взаимосвязь в системе цифрового двойника. Эта архитектура необходима для обеспечения взаимодействия и обмена данными как с физической системой, так и с внешними приложениями.

Уязвимые участники дорожного движения, такие как пешеходы и велосипедисты, сталкиваются с непропорционально высокими рисками, имея самые высокие показатели аварийности на единицу пройденного расстояния и тенденцию к росту смертности в некоторых регионах. Улучшение моделей цифровых двойников для более точного отражения поведения человека имеет решающее значение, поскольку позволяет выявлять потенциальные риски и обеспечивать упреждающее вмешательство для предотвращения аварий.

Цифровые двойники включают в себя подробные атрибуты дорожной инфраструктуры, от геометрии перекрёстков до фазировки сигналов и типов пешеходных переходов. Среды моделирования позволяют тестировать модификации, такие как преобразование нерегулируемого пешеходного перехода в регулируемый или добавление островка безопасности для пешеходов, в то время как методы дистанционного зондирования и геоинформационных систем (например, высокоразрешающие трёхмерные цифровые модели поверхности, полученные с помощью беспилотного воздушного судна) моделируют линии обзора водителей и пешеходов. Объединение пространственных моделей столкновений в архитектуре цифрового двойника повышает точность идентификации горячих точек более чем на 10% по сравнению с подходами с использованием одной модели.

В конечном счёте, поведение человека в условиях дорожного движения определяется социальными, культурными и этическими факторами. Методологии, учитывающие экспертные знания и человеческий фактор, имеют решающее значение, гарантируя, что цифровые двойники будут уважать конфиденциальность, избегать алгоритмической дискриминации и поддерживать социально приемлемые вмешательства. Дельфийские исследования, представляющие собой структурированный итеративный метод опроса, использующий несколько раундов анонимизированных анкет и контролируемую обратную связь от группы экспертов, а также многосторонние семинары, выявили ключевые проблемы, такие как конфиденциальность, предвзятость и безопасность при внедрении технологий на основе ИИ.

Путь вперёд лежит через переосмысление цифровых двойников не как изолированных технических конструкций, а как социально-технических систем, встроенных в живую ткань наших городов. Только преодолев разрыв между симуляцией и реальностью, сосредоточив внимание на человеческих ценностях и институционализировав этические принципы, мы сможем полностью реализовать потенциал цифровых двойников для преобразования перекрёстков из узких мест в интеллектуальные, инклюзивные и адаптивные компоненты будущих транспортных систем.

Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

По материалам открытых источников