В настоящей статье представлено видение автора на проблему создания интеллектуальных транспортных систем в условиях использования высокоавтоматизированных транспортных средств, свободно перемещающихся по улично-дорожным сетям городов. Рассмотрены вопросы организации из таких транспортных средств многоагентной системы для решения задач более высокого уровня, нежели доступных для решения каждым отдельным агентом (в случае настоящей работы — транспортным средством). Также рассмотрены различные типы взаимодействия транспортных средств друг с другом и агентами иной природы, а кроме того приведено несколько примеров новых задач, в которых организация такого взаимодействия будет иметь решающее значение. Научная новизна представленной работы основана на применении отдельных методов и технологий теории многоагентных систем из области искусственного интеллекта к созданию интеллектуальных транспортных систем и организации безостановочного движения высокоавтоматизированных транспортных средств. Показано, что при помощи теории многоагентных систем можно решать более сложные задачи, чем доступно каждому отдельному агенту по отдельности и даже простой сумме невзаимодействующих агентов. Из этого следует возможности получения эмерджентных эффектов так называемого роевого интеллекта множества взаимодействующих агентов. Статья будет интересна всем, кто занят в транспортной отрасли и с интересом смотрит в будущее.
Ключевые слова: интеллектуальная транспортная система, кооперативная ИТС, многоагентная система, автономный агент, высокоавтоматизированное транспортное средство, автономность, взаимодействие, V2X, искусственный интеллект, безостановочное движение.
Развитие интеллектуальных транспортных систем (ИТС) закономерно приводит к появлению новых и инновационных методов организации и управления дорожным движением и дорожной деятельностью. Этому же способствует и появление высокоавтоматизированных транспортных средств (ВАТС), в том числе и обладающих полной автономностью подключённых беспилотных автомобилей [Жанказиев и др., 2016]. Вместе с тем выход ВАТС на автомобильные дороги общего пользования, причём как городские, так и региональные и межмуниципальные дороги, является серьёзным технологическим вызовом существующим практикам и инструментам управления дорожным движением [Приходько & Жанказиев, 2016].
Если говорить об устройстве и принципе функционирования ВАТС, то на самом верхнем уровне абстракции технология осуществления автономного управления транспортным средством основана на точном позиционировании автомобиля на детальной карте местности с нанесением на неё всех текущих статичных и динамичных препятствий, которые окружают автомобиль во время его движения. Для этого с высокой частотой автомобиль сканирует окружающее пространство при помощи своих сенсорных систем, выявляет препятствия, распознаёт и классифицирует их и наносит на карту. После этого осуществляется текущее тактическое целеполагание, планирование собственных действий и их осуществление [Galar et al., 2020].
Тем не менее, несмотря на целенаправленное развитие инструментария для беспилотного управления транспортными средствами, сегодня всё ещё остаётся ряд серьёзных проблем, среди которых необходимо отметить следующие:
Недетерминированное поведение самого ВАТС . Несмотря на то, что обычно технические средства, лежащие в основе ВАТС, делаются высоконадёжными, отдельные блоки и агрегаты могут иногда выполнять свои функции некорректно. Это приводит к некоторой степени недетерминированности поведения ВАТС, когда система управления им выдаёт управляющий сигнал на определённое действие, а ВАТС реагирует некорректно и выполняет другое действие (или не выполняет никакого). Существуют методы минимизации такой недетерминированности поведения, однако в целом задача остаётся нерешённой.
Недетерминированная и частично наблюдаемая среда . Информация, получаемая ВАТС из внешней среды, по своей природе с необходимостью является недетерминированной и неполной. Первое означает, что в одном и том же состоянии среды на обработку в систему управления ВАТС может прийти разная информация. Второе — то, что некоторые аспекты среды принципиально недоступны сенсорным системам ВАТС для наблюдения. Это серьёзная проблема, ставящая перед разработчиками ВАТС сложные задачи, для некоторых из которых до сих пор нет полноценного решения.
Непрогнозируемое поведение других агентов . Все другие агенты, которые действуют в той же среде, что и ВАТС (другие транспортные средства, велосипедисты, пешеходы и даже животные), обладает трудно прогнозируемым поведением. ВАТС, наблюдающее за окружающей обстановкой, может только предположить целый набор возможных вариантов траекторий других агентов с приписыванием каждому варианту некоторой вероятности, что в совокупности по ансамблю агентов ведёт к комбинаторному взрыву возможных интегральных вариантов развития событий в среде.
Отсутствие целостного описания воспринимаемого окружения . Разные сенсорные системы ВАТС поставляют в его систему управления данные различных сенсорных модальностей (видео, радар, лидар и т. д.), однако на основании этих данных не формируется целостного описания окружающего пространства, а как будто бы в одном «ящике» собрано несколько подсистем управления, работающих независимо друг от друга, и каждая из которых отвечает за какой-то определённый аспект функционирования ВАТС.
Разнообразные атаки на автомобиль . Наконец, нельзя не отметить возможность осуществления разнообразных атак на информационные и интеллектуальные системы автомобиля от традиционных кибератак на аппаратное и программное обеспечения до новых типов атак, направленных на интеллектуальную систему управления, работающую на методах искусственного интеллекта. Можно отметить так называемые атаки оптическими иллюзиями, когда система компьютерного зрения ВАТС подвергаются воздействию изображений, которые могут поменять поведение автомобиля на противоположное тому, которое требуется в текущей ситуации.
Само собой разумеется, что все перечисленные проблемы не представляют собой фундаментальных непреодолимых препятствий, поэтому в конечном итоге они будут разрешены. В частности, в работах [Душкин & Андронов, 2020] и [Душкин & Ильинский, 2019] предложены схемы решения проблем отсутствия целостного восприятия и атак на ВАТС соответственно. Целью настоящей работы является описать направление исследований для решения трёх первых из перечисленных проблем. И для этого пригодится теория многоагентных систем [Тарасов, 2002] из области искусственного интеллекта.
Основное положение теории многоагентных систем (МАС) заключается в том, что в некоторой среде взаимодействует множество автономных, независимых друг от друга агентов, которые могут быть различной природы и функционировать на основании различных принципов. Важный элемент МАС — именно взаимодействие агентов друг с другом. Само собой разумеется, что каждый агент, в свою очередь, тоже представляет собой систему, которая в то же самое время взаимодействует и со средой, в которой агент функционирует. И таким образом, в рамках МАС получается два вида взаимодействия — между агентами и средой, и среди агентов друг с другом. Так что МАС — это система более высокого уровня системной иерархии, которая может решать задачи, принципиально недоступные как одному агенту, так и простому их невзаимодействующему набору.
Теорема о необходимом разнообразии [Эшби, 1959] из области кибернетики говорит о том, что для успешного управления разнообразие системы управления должно быть не меньше, чем разнообразие объекта управления. Это может быть достигнуто принципиально двумя путями — при помощи повышения разнообразия системы управления или при помощи снижения разнообразия объекта управления.
Снижение разнообразия объекта управления достигается введением различных норм и правил поведения. Фактически, правила дорожного движения — это и есть мера по снижению разнообразия в условиях, когда воздействовать на среду и участников дорожного движения иными мерами не представляется возможным. Наличие оговорённых правил поведения на автомобильных дорогах обуславливает то, что от участников дорожного движения будут ожидаться определённые действия в заданных ситуациях. Использование нормативно-технического регулирования (различные ГОСТ на обустройство автомобильных дорог и придорожной инфраструктуры) позволяет снизить разнообразие окружающего ВАТС пространства.
Тем не менее, все перечисленные меры, являющиеся в целом достаточными для водителей-людей, недостаточны для полноценной организации беспилотного и безостановочного движения, в том числе и потому, что на автомобильных дорогах остаются транспортные средства, управляемые людьми — и это самый серьёзный источник недетерминированности и неопределённости ситуации в среде для ВАТС. Повышение уровня автоматизации транспортного средства чуть-чуть снижает уровень недетерминированности поведения агентов на дороге, но не исключает его полностью. К тому же, среда остаётся частично наблюдаемой, какой бы набор сенсоров не использовался в составе ВАТС.
Теория МАС даёт важную концепцию, которую можно использовать для развития ВАТС. Если рассмотреть всё множество ВАТС на дороге, то оно представляет собой именно МАС. Вместе с тем сами по себе ВАТС — это отдельные, автономные единицы, и множество таких транспортных средств представляет собой лишь простую совокупность агентов. В такой простой совокупности не возникает эмерджентных эффектов, которые возникают в МАС тогда, когда агенты взаимодействуют между собой. Другими словами, если МАС состоит из взаимодействующих друг с другом агентов, то такая МАС обладает намного большим разнообразием, чем простая совокупность невзаимодействующих агентов.
Вместе с тем разработка ВАТС предполагает возможность организации взаимодействия между подключённым автомобилем и другими агентами на автомобильной дороге и дорожной инфраструктуре. Все типы таких взаимодействий объединяют под названием «V2X-взаимодействие», от английского выражения «vehicle to everything» — «автомобиль со всем, что вокруг» [Kiela et al., 2020]. В современной практике выделяют следующие типы V2X- взаимодействия:
V2V
О проекте
О подписке
Другие проекты