"OPRACOWANIE METODY OCENY BEZPIECZEŃSTWA PIESZYCH PRZY POMOCY ANALIZY OBRAZU WIDEO"

Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Realizowany w ramach programu badań stosowanych.

MOBIS

OPRACOWANIE METODY OCENY BEZPIECZEŃSTWA PIESZYCH PRZY POMOCY ANALIZY OBRAZU WIDEO

1. Cele i założenia projektu

2. Opis Przyjętej Metodologii Badawczej

3. Korzyści zastosowania wyników w praktyce w tym przewidywane efekty ekonomiczne

O projekcie

W Polsce ok. 30% pieszych ofiar wypadków drogowych zostaje potrąconych na oznakowanych przejściach przez jezdnie. Celem projektu jest opracowanie i przetestowanie metody oceny bezpieczeństwa przejść dla pieszych przy pomocy automatycznej analizy obrazu wideo. Ocena oparta będzie na wykrywaniu konfliktów ruchowych pomiędzy pojazdami i pieszymi. Sytuacji konfliktowych jest wielokrotnie więcej niż wypadków i dlatego oceny można dokonać na podstawie stosunkowo krótkich okresów obserwacji. W projekcie przewiduje się zastosowanie metody na co najmniej 6 poligonach badawczych, obejmujących różne typy przejść. Analiza statystyczna konfliktów pozwoli na obiektywną ocenę skuteczności rozwiązań poprawiających bezpieczeństwo pieszych na przejściach. Propagowanie najlepszych rozwiązań powinno doprowadzić do spadku liczby pieszych zabitych i rannych na polskich drogach. Mniejsza liczba ofiar to przede wszystkim ograniczenie kosztów społecznych i cierpienia, ale także znaczne oszczędności w budżecie państwa.

1. CELE I ZAŁOŻENIA PROJEKTU

Opis celu praktycznego projektu

Polska ma jedne z najgorszych statystyk wypadkowości pieszych w Unii Europejskiej – w roku 2011 na drogach zginęło 1397 pieszych a 10258 zostało rannych. Udział pieszych wśród wszystkich zabitych w wypadkach drogowych utrzymuje się na bardzo wysokim poziomie i wynosi 34% ogółu zabitych. W całej Unii Europejskiej udział ten to średnio 20%, a w niektórych krajach jak Holandia jedynie 10%. Problem wysokiego zagrożenia pieszych na polskich drogach jest powszechnie znany i był opisywany w literaturze. Wciąż jednak nasza wiedza na temat przyczyn takiego stanu rzeczy jest niewystarczająca dla podjęcia skutecznych działań zaradczych. Wśród wszystkich pieszych ofiar wypadków drogowych w 2011 roku, 15% zabitych (208 osób) i 30% rannych (3124 osoby) zostało potrąconych na przejściach dla pieszych, a więc w miejscach gdzie piesi powinni czuć się bezpiecznie. Poprawa bezpieczeństwa pieszych na przejściach przez jezdnię powinna zatem być celem priorytetowym.

Celem praktycznym projektu jest opracowanie i przetestowanie metody oceny bezpieczeństwa przejść dla pieszych przez jezdnie przy pomocy automatycznej analizy obrazu wideo. Ocena bezpieczeństwa oparta będzie na wykrywaniu konfliktów ruchowych pomiędzy pojazdami i pieszymi, czyli sytuacji, które potencjalnie mogłyby skończyć się wypadkami. Sytuacji konfliktowych jest wielokrotnie więcej niż wypadków – szacuje się, że na jeden wypadek z pieszymi przypada nawet 3000 konfliktów pojazd-pieszy. Dlatego też wykorzystując proponowaną metodę, oceny bezpieczeństwa będzie można dokonać na podstawie kilkumiesięcznych, a nie kilkuletnich obserwacji. Dzięki tej metodzie możliwa będzie obiektywna ocena skuteczności rozwiązań bezpieczeństwa ruchu drogowego (BRD) poprawiających bezpieczeństwo pieszych na przejściach przez jezdnie.

Cel projektu jest zgodny z założeniami „Krajowego Programu Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego GAMBIT 2005”, opracowanego przez Ministerstwo Infrastruktury i przyjętego przez Radę Ministrów w dniu 19 kwietnia 2005 r. W programie tym jako jeden z głównych priorytetów wymieniony jest: „Cel 3 - Ochrona pieszych, dzieci i rowerzystów”.

Potencjał aplikacyjny wyników projektu

Co roku Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Zarządy Dróg Wojewódzkich oraz Zarządy Dróg Miejskich inwestują w poprawę bezpieczeństwa pieszych poprzez remonty i przebudowę przejść dla pieszych. Stosowane rozwiązania obejmują m.in.: instalację bądź poprawę oświetlenia przejść, budowę azyli dla pieszych, poprawę oznakowania, wprowadzanie ograniczeń prędkości i środków nadzoru, instalowanie sygnalizacji świetlnej, itd. Jednakże brak jest systematycznej oceny skuteczności tych rozwiązań. Metoda taka pozwoliłaby zidentyfikować rozwiązania najlepiej nadające się do zastosowania w określonych warunkach. W wyniku projektu powstanie katalog dobrych rozwiązań, wzbogacony o ocenę ich przydatności uzyskaną na podstawie badań empirycznych.

Wynikami projektu powinny być zainteresowane zarządy dróg krajowych i samorządowych wszystkich szczebli oraz Krajowa Rada Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego. Rada działa przy Ministerstwie Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej, a jej misją jest propagowanie rozwiązań i działań poprawiających bezpieczeństwo ruchu. Propagowanie najlepszych rozwiązań powinno doprowadzić do spadku zabitych pieszych na polskich drogach. Mniejsza liczba zabitych to przede wszystkim ograniczenie kosztów społecznych i cierpienia, ale także znaczne oszczędności w budżecie państwa.

2. OPIS PRZYJĘTEJ METODOLOGII BADAWCZEJ

Problem badawczym jest brak dobrej metody oceny skuteczności rozwiązań służących poprawie bezpieczeństwa pieszych na przejściach przez jezdnie. Opieranie się na statystykach wypadkowości jest procesem nieefektywnym i długotrwałym, jako że wypadki drogowe są dosyć rzadko występującymi zdarzeniami losowymi i do wyciągania statystycznie istotnych wniosków wymagane są wieloletnie okresy obserwacji. Sposobem rozwiązania tego problemu jest obserwacja konfliktów ruchowych pomiędzy użytkownikami drogi – w tym wypadku pomiędzy pieszymi a pojazdami mechanicznymi. Konflikty ruchowe zdefiniowane są jako sytuacje niebezpieczne, które mogłyby doprowadzić do wypadku gdyby nie podjęte zostały działania zapobiegawcze np.: ostre hamowanie, zmiana toru jazdy, cofnięcie się pieszego, itd. Konflikty ruchowe zdarzają się o wiele częściej niż wypadki, a ponieważ ich częstość jest dobrze skorelowana z częstością wypadków, możliwa jest szybsza ocena bezpieczeństwa na podstawie obserwacji konfliktów.

Rejestracja konfliktów ruchowych przy pomocy obserwatorów ludzkich jest metodą żmudną i pracochłonną. Dlatego też proponowana metodyka badawcza opiera się na automatycznej identyfikacji konfliktów na podstawie analizy obrazu wideo. Metoda taka w przypadku pieszych nie była dotąd stosowana i wymaga znacznego wysiłku badawczego w celu określenia parametrów zdarzeń, które będą uznane za konflikty ruchowe, np. minimalnego opóźnienia pojazdu, które można uznać za „gwałtowne” hamowanie albo minimalnej odległości pieszy-pojazd, którą można jeszcze uznać za bezpieczną. Niezbędne jest też ustalenie minimalnych wymogów oraz najlepszej konfiguracji sprzętu (np. liczba kamer i ich rozdzielczość), które pozwolą uzyskać zakładany efekt – identyfikację i rejestrację konfliktów – bez ponoszenia nadmiernych kosztów.

Przewiduje się, że realizacja projektu wymagać będzie wykonania następujących zadań:

1. Analiza wypadków na przejściach dla pieszych i wybór poligonów próbnych

2. Przegląd rozwiązań poprawiających bezpieczeństwo na przejściach

3. Opracowanie metody rejestracji konfliktów ruchowych

4. Wybór rozwiązań i poligonów badawczych oraz ich przygotowanie

5. Badanie bezpieczeństwa pieszych na poligonach – I seria

6. Analiza danych z I serii pomiarów i udoskonalenie metody badania

7. Badanie bezpieczeństwa pieszych na poligonach – II seria

8. Analiza danych z II serii pomiarów

9. Podsumowanie i przygotowanie raportu końcowego

Pierwsze dwa zadania mają charakter badań podstawowych. Konieczność ich podjęcia jest uzasadniona tym, że stosunkowo mało wiemy na temat czynników, które wpływają na zwiększenie zagrożeń pieszych na przejściach. Chodzi na przykład o typ drogi, typ obszaru, prędkość dopuszczalną, oświetlenie, itp. Analiza bazy danych o wypadkach wraz z zastosowaniem modelowania statystycznego pozwoli na identyfikację najważniejszych czynników oraz ich interakcji. Drugie zadanie polega na przeglądzie znanych w kraju i na świecie rozwiązań przejść dla pieszych oraz próbie ich systematyzacji. Szczególnej uwagi wymagają innowacyjne rozwiązania, np. dynamiczne oznakowanie przejścia połączone z wykrywaniem obecności pieszych.

Na rys. 1 pokazano widok z kamery obejmującej obszar drogi w okolicy przejścia dla pieszych. Kamera patrzy ukośnie z góry, dzięki czemu pojazdy nie przesłaniają się i możliwa jest ich detekcja w kolejnych klatkach sekwencji.

Optymalnym położeniem kamery byłoby zamontowanie jej wysoko nad jezdnią i skierowanie pionowo w dół, tak aby objęła cały badany obszar – wówczas analiza trajektorii pieszych i pojazdów byłaby najłatwiejsza. Niestety nie jest to zazwyczaj możliwe technicznie. Jednak dzięki odpowiedniemu, nieliniowemu przekształceniu obrazu można osiągnąć bardzo zbliżony efekt, co pokazuje rys. 2. Wówczas trajektorie pieszych i pojazdów mogą być z łatwością pokazane na jednym, kartezjańskim układzie współrzędnych związanym z powierzchnią drogi. Odpowiednia kalibracja kamer pozwoli na uzyskanie informacji metrycznej w układzie odniesienia drogi, a nie w układzie obrazu, który jest silnie nieliniowy ze względu na pochylenie kamery, efekt skrócenia perspektywicznego oraz wpływ zniekształceń soczewkowych. Te ostatnie, bardzo często pomijane w badaniach jako nieistotne (np. przy zliczaniu pojazdów), będą musiały być uwzględnione, gdyż mogą wprowadzać poważne zniekształcenia, zwłaszcza blisko krawędzi obrazu – w efekcie pomiar położenia, a co za tym idzie, prędkości pojazdów byłby obarczony dodatkowym, nieliniowym błędem.

Ze względu na brak dotychczasowych krajowych doświadczeń w automatycznej rejestracji konfliktów ruchowych pojazd-pieszy, w projekcie zaplanowano kilka serii badań poligonowych. Na poligonie planuje się instalację kilku kamer, tak aby objąć polem widzenia przejście i dojazd do niego. Na rys. 3 pokazano jedną z możliwych konfiguracji, w której część kamer służy do identyfikacji i śledzenia trajektorii pieszych, a pozostałe do śledzenia samochodów. Optymalny układ kamer, który pozwoli na dokładną rejestrację zdarzeń drogowych zostanie wyznaczony podczas eksperymentów. Będzie on wynikał z topografii ulicy, możliwości instalacyjnych oraz parametrów użytych kamer. Korzystne jest, aby kamery obserwujące jeden pas ruchu obejmowały pewien wspólny fragment obszaru, co ułatwi ich lokalizację we wspólnym układzie współrzędnych.

3. KORZYŚCI ZASTOSOWANIA WYNIKÓW W PRAKTYCE W TYM PRZEWIDYWANE EFEKTY EKONOMICZNE

Szacuje się, że opracowana w ramach projektu metoda oceny bezpieczeństwa przejść dla pieszych przy pomocy automatycznej analizy obrazu przyczyni się do poprawy bezpieczeństwa pieszych na przejściach. Poprawa ta będzie oznaczała spadek liczby zabitych i rannych. Wyjściową daną do oszacowania wielkości tego spadku mogą stanowić założenia przyjęte w Krajowym Programie Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego GAMBIT 2005, w którym przyjęto redukcję liczby zabitych niechronionych użytkowników dróg (w tym pieszych) o 30% w ciągu 8 lat.

Zgodnie ze statystykami wypadków, w roku 2011 na przejściach dla pieszych zginęło 208 osób, a 3124 osoby zostały ranne. Przyjmując redukcję tych wielkości o 30% w ciągu 8 lat uzyskuje się 8 unikniętych ofiar śmiertelnych i 117 unikniętych rannych rocznie. Zgodnie z obowiązującymi wytycznymi dotyczącymi analiz kosztów i korzyści społecznych (Niebieska Księga. Infrastruktura drogowa. Jaspers, 2008) społeczny koszt ofiary śmiertelnej w 2011 r. to 1 767 285 zł, natomiast jednego rannego - 255 932 zł. Roczne korzyści społeczne wynikające z zastosowania z opracowanej w ramach projektu metody oceny bezpieczeństwa przejść dla pieszych można więc szacować na ponad 44 miliony złotych. Ze względu na rosnące jednostkowe koszty ofiar wypadków w kolejnych latach, będące konsekwencją zakładanego wzrostu zamożności społeczeństwa, korzyści te zwiększą się do ponad 82 milionów złotych w 2020 r.