CC BY
24
ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ПРЕСЕЧЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ РАЗМЕТКИ
ПОЛОС ДВИЖЕНИЯ
Михайлов Сергей Николаевич,
Юго-Западный государственный университет, г. Курск, Россия, [email protected]
Коптев Дмитрий Сергеевич,
Юго-Западный государственный университет, г. Курск, Россия, [email protected]
Шевцов Алексей Николаевич,
Юго-Западный государственный университет, г. Курск, Россия, [email protected]
Щитов Алексей Николаевич,
Юго-Западный государственный университет, г. Курск, Россия, [email protected]
Ключевые слова: транспортное средство, система оповещения, дорожно-транспортная ситуация, обгонный манёвр, датчик, система идентификации, электронно-вычислительное устройство.
В настоящее время проблема определения местоположения транспортных средств и контроля соблюдения правил дорожного движения водителями неразрывно связана с установкой дорогостоящего оборудования на всём протяжении подконтрольного участка дороги. Устанавливаемое оборудование, к которому относятся многопотоковые видеокамеры с большой буферной памятью, лазерные радары и многое другое, не позволяет оценивать и выдавать результат в максимально полном объеме, так как указанные средства не обеспечивают одновременное определение местоположения нескольких транспортных средств на дорожном полотне, включая их скорость. Кроме того, установка таких сложных систем на всех особо опасных участках дорог не всегда экономически оправдана. Показано, что имеющиеся средства контроля дорожно-транспортной ситуации как в отдельности, так и в совокупности не позволяют в полной мере осуществлять контроль местоположения и скорости транспортного средства на дорожном полотне, в особенности тогда, когда эти задачи требуется решать автономно, а также требуют значительных затрат времени на поиск зарегистрированной ситуации о нарушении во всём записанном массиве данных. Учитывая специфику данной проблемы, предложен вариант информационно-телекоммуникационной системы автоматического определения местоположения транспортного средств на дорожном полотне, позволяющей осуществлять фиксацию нарушений с помощью регистрационных средств. Приведена структурно-функциональная схема организации предлагаемой системы, описаны входящие в неё устройства, раскрыт принцип функционирования. Предложенный вариант построения системы автоматического определения и контроля местоположения транспортного средства на дорожном полотне направлен на решение задачи определения местоположения транспортных средств.
Информация об авторах:
Михайлов Сергей Николаевич, к.т.н., с.н.с., заведующий кафедрой космического приборостроения и систем связи Юго-Западного государственного университета (ФГБОУ ВПО ЮЗГУ), г. Курск, Россия
Коптев Дмитрий Сергеевич, магистрант кафедры космического приборостроения и систем связи Юго-Западного государственного университета (ФГБОУ ВПО ЮЗГУ), г. Курск, Россия
Шевцов Алексей Николаевич, студент кафедры космического приборостроения и систем связи Юго-Западного государственного университета (ФГБОУ ВПО ЮЗГУ), г. Курск, Россия
Щитов Алексей Николаевич, студент кафедры космического приборостроения и систем связи Юго-Западного государственного университета (ФГБОУ ВПО ЮЗГУ), г. Курск, Россия
Для цитирования:
Михайлов С.Н., Коптев Д.С., Шевцов А.Н., Щитов А.Н. Информационно-телекоммуникационная система автоматического определения момента пресечения транспортным средством разделительной разметки полос движения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 11. №11. С. 57-61. For citation:
Mikhailov S.N., Koptev D.S., Shevtsov A.N., Shchitov A.N. (2017). Information and telecommunication system of automatic determination of the moment of crossing by vehicle with dividing binding of traffic strips. T-Comm, vol. 11, no.11, рр. 57-61. (in Russian)
На трассах административного регионального, межмуниципал ьи о го, городского, федерального значения достаточно много участков дорог, позволяющих водителям транспортных средств нарушать допустимые пределы скоростного режима. С целью отслеживания и регистрации правонарушений данного типа разработано большое количество устройств и систем.
Одним из таких устройств является паркон - это комплекс видео- и фотофиксации, состоящий из прибора видеорегистрации и рабочей станции, выполняющей обработку видео данных. Здесь используется технология автоматического контроля парковки и нарушений правил дорожного движения.
Радарный комплекс ККДДАС СТРЕЛКА 01 СТ, оснащенный уникальной камерон видеофиксации, способной отслеживать нарушение на расстоянии до 1 км. Из его недостатков можно отметить высокую цену стационарного комплекса.
Комплекс АРЕНА - прибор видеофиксации ЕИБДД (ДПС, ЕАИ), радар-детектор передвижного или стационарного исполнения, обеспечивающий фотофиксацию транспортного средства в момент превышения скорости. Дальность действия комплекса (в условиях прямой видимости и при отсутствии индустриальных помех) не превышает 1,5 км.
Рассмотренные выше системы обладают следующими су ществен н ы м и недостаткам и:
1) не позволяют решать задачу автоматического определения местоположения всех транспортных средств, въезжающих в контролируемую зону.
2) функционируют круглосуточно, из-за чего формируются большие объемы данных (фотографий и видеозаписей), которые необходимо хранить, обрабатывать, осуществлять их структуризацию, что требует создания многоуровневых баз данных со сложной реализацией механизма аутентификации (идентификации пользователя и предоставления ему доступа к базе).
Отличительной особенностью предлагаемой информационно - телекоммуникационной системы является то, что камера, фиксирующая нарушение, включается и идентифицирует транспортные средства непосредственно в момент нарушения правил дорожного движения (пресечения линии дорожной разметки). После фиксации нарушения камера отключается, вся система переходит в режим мониторинга дорожной обстановки вплоть до нового нарушения, влекущего за собой новое кратковременное срабатывание камеры. Таким образом, предлагаемый вариант системы определения и контроля транспортных средств на дорожном полотне позволяет существенно уменьшить затрачиваемые объёмы памяти и сетевых ресурсов на хранение фото- и видеофайлов, упростив тем самым процедуру поиска конкретного нарушения правил дорожного движения (общий объем файлов и оперативность извлечения подтверждающих материалов по сравнению с указанными выше системами сократится на порядки). Уменьшатся энергозатраты, связанные с питанием камер и серверов с данными. Достоинством разработанной системы является то, что сокращение генерируемой камерами информации в разы не повлечет за собой пропусков на-
рушений правил, что не скажется па качестве процедуры мониторинга дорожной обстановки.
На рисунке 1 представлена схема реализации способа автоматического определения местоположения и контроля транспортных средств на дорожном полотне с двусторонним однополосным движением.
Рис. I. Структурно-функциональная схема системы автоматического определения и контроля местоположения транспортных средств на дорожном полотне
На рисунке I приняты следующие обозначения: 1-датчик генерирования инфракрасного излучения, луч света которого направлен перпендикулярно направлению дорожного движения; 2 - датчик приёма инфракрасного излучения от датчика I; 3 - датчик генерирования инфракрасного излучения, луч света которого направлен под определённым углом к направлению дорожного движения; 4 — датчик приёма и инфракрасного излучения от датчика 3; 5 - Шина 1ш и Шина 2Ш - шины передачи данных; 6 - T¡, Г;, Тз, Т4 - телекоммуникационные устройства, обеспечивающие реализацию беспроводного обмена данными между рецепгорной средой и ОВУ; 7 - ОВУ -электронно - вычислительное устройство, представляет собой аппаратно-программной контроллер, позволяющий по результатам обработки данных принимать решение о включении камеры регистрации нарушения; 8 - камера фиксирующая регистрационные номера транспортных средств.
Описываемая информационно - телекоммуникационная система функционирует следующим образом.
На обочинах дороги, перпендикулярно направлению движения, устанавливаются два типа датчиков для обнаружения транспортного средства на дорожном полотне, а также определения его скорости: устройство генерирования (датчик I); и устройство приёма (датчик 2) инфракрасного излучения.
Определение местоположения транспортного средства по отношению к обшей ширине дорожного полотна достигается путём установки датчиков 3, 4 по обеим сторонам дороги, на основе их особенного геометрического расположения. Датчики геометрически расположены так, что два соседних датчика 3 являются основанием мнимого равнобедренного треугольника ABC, а датчик 4 его вершиной.
Информационно-телекоммуникационная система автоматического определения момента пресечения транспортным средством разделительной разметки полос движения реализуется путем выполнения следующей последовательности операций:
- определяются скорости транспортных средств, въезжающих в зону опасного участка дорожного движения;
— отслеживаются транспортные средства на всём анализируемом отрезке пути, посредством присвоения идентификационных номеров каждому транспортному средству, въезжающему на опасный участок дороги;
— определяется местоположение транспортного средства на дорожном полотне;
— принятие решения о нарушении и включение режима регистрации;
— выключение режима регистрации.
Для определения скорости транспортных средств на обочинах дороги, перпендикулярно направлению движения, устанавливаются два типа датчиков: 1 и 2, позволяющих получать сведения о моменте прерывания луча. Для решения поставленной задачи достаточно двух пар таких устройств, установленных на определённом, заранее известном, рае-стоянии друг от друга. На основании последовательного прерывания двух лучей, каждой из таких пар, электронно-вычислительным устройством (ЭВУ) рассчитывается интервал времени между прерываниями, что в совокупности с известным расстоянием между парами датчиков 1 и 2 позволяет рассчитать скорость движения транспортного средства и определить его направление движения.
При условии превышения транспортным средством допустимой скорости на контролируемом участке дорожного движения, камера фиксации автоматически включается и фиксирует государственный номер этого транспортного средства.
Определение местоположения транспортного средства по отношению к общей ширине дорожного полотна достигается путём установки датчиков по обеим сторонам дороги особенным геометрическим расположением {мнимый треугольник ABC) (рис. 2).
Полоса движения
Рис. 2. Схема расположения датчиков на обочинах дорожного полотна
Совокупность технических устройств, перечисленных выше, позволяет реализовать функцию определения местоположения следующим образом.
Между сторонами треугольника ABC формируются три заранее известных расстояния:
S/ — расстояние, между сторонами мнимого равнобедренного треугольника, которое транспортное средство проезжает по встречной полосе движения.
52 - бифуркационное расстояние, между сторонами мнимого равнобедренного треугольника, где эти стороны пересекает, линяя разметки;
53 - предельное расстояние, между сторонами мнимого равнобедренного треугольника, при уменьшении которого
транспортное средство приближается к разделительной линии разметки;
Рассмотрим функционирование системы на конкретном примере участка дорожного движения шириной 7 м и длиной 15 м (рис. 2).
Для адекватной оценки момента пресечения линии разметки транспортным средством в системе задаётся условие, заключающееся в том, что линия, определяющая бифукаци-онное расстояние (S2), имеет ширину, большую ширины
линии дорожной разметки на величину расстояния запаса, равного 0,2 м. Это объясняется тем, что транспортное средство может двигаться крайне близко к линии дорожной разметки в результате чего такое движение может быть идентифицировано как выезд на полосу встречного движения (рисунок 2, Я/Я? = H>Hi - расстояние запаса).
С учётом величины расстояния запаса для своевременной реакции системы на пресечения транспортным средством линии разметки охарактеризуем три возможных варианта развития событий:
Г - транспортное средство пересекло расстояние s¡ и движется по встречной полосе.
2"оЛ - транспортное средство наехало на разделительную линию полос движения S2■
3"нИ - транспортное средство пересекло предельное расстояние s¡ и въехало в зону, расстояние запаса, приблизившись к линии разметки.
Проведём расчёт расстояния, проезжаемого транспортным средством по встречной полосе движения, для случая определения его как представляющего опасность для участников движения согласно первому варианту.
Так как треугольник ABC равнобедренный, определим величину S¡, которая равна удвоенной величине А3Н3. Последнюю определим из подобия треугольников ДАВН и АА}ВН, Для которого справедливо соотношение 1:
ВН, ВН л ,, ВН.-АН -- =-=> АМ, =---
А3Н3 ""
(1)
АН ' ' ВН С учётом величины запаса, равной 0,2 м, определим значение ВН) по формуле 2:
ВНЪ =
ВН
-0,2
(2)
Из формул 1 и 2 найдём расстояние 3/.
(ВН/2-0,2)-АН (7/2-0,2)-7,5
Ж = 2-±--1-=2>---——=7,(У7м
ВН 1
Аналогично произведём расчёт величины 5?, при условии достижения которой транспортное средство будет представлять опасность для участников движения по второму варианту.
Из подобия треугольников ААВН и ДА2ВН^ значение А2Н2, равной половине 82 определится формулой 3:
ВН2-АН (3)
2 ВН
Величина ВН2 равна половине длины дорожного полотна (ВН2 = ВН /21 Отсюда & равно:
7Т>
е - ВН / 2 ■ АН _ . (7 / 2)- 7,5 е
о -» — Л ' — 2." — /, Э М
ВН 7
Осуществим расчёт величины для случая представлять опасность для участников движения по третьему варианту. Из подобия треугольниковААВН и ДА1ВНХ, величина
А/Н1 определится формулой 4: ВН, • АН
ВН
(4)
Величина ВН2 равна в данном случае с учетом расстояния запаса окажется равна (5):
ВНХ=ВН! 2 + 0,2
(5)
Найдём значение величины 5\, с учётом заранее известного равенства = 2А/Н/.
8 -2 (ВН /2 + 0,2)' АН _ (7/2 + 0,2)-7,5
ВН 7
На основании значения величины бифукапионного расстояния Я? и двух других величин: расстояния, которое транспортное средство проезжает по своей полосе движения и расстояния, которое транспортное средство проезжает по встречной полосе движения Я/, заложенных в ЭВУ, производится анализ местоположения фан с порт но го средства па дорожном полотне. В системе рассчитывается значение коэффициента выезда ) или не выезда (/с7)
транспортного средства на полосу встречного движения, в соответствии с выражениями (6) и (7):
i S2
(6)
(7)
Система принимает решение о выезде транспортного средства на встречную полосу движения если коэффициент кл в результате расчета оказался меньше 1,
Для рассчитаных выше значений имеем: о^Л^ 5<1 ' 53 7,93
Решение о нахождение на своей полосе движения принимается в случае, когда значение коэффициента к-, оказывается больше 1.
Дчя имеющихся значений получаем:
~ 7,07
При условии движения транспортного средства со скоростью 60 км/ч (16,7 м/с), время реагирования системы на выезд транспортного средства на полосу встречного движения будет находться в интервале конечные значения которого расчитаны низке:
7,07 7,5
=
V 16,7
% = —t= 0»42с' U =^- = ^^ = 0,45 с
V 16,7
На рисунке 3 предстален график зависомисти времени реагирования системы на пресечение ТС линии дорожной разметки от скорости его движения.
J iL
——Об
Скорость ТС. пересекающего линию дорожноП ри|гш|. ы
Рис. 3. График зависимости зависомисти времени реаг ирования системы на пресечение ТС линии дорожной разметки от скорости его движения
11осле определения момента пресечения линии дорожной разметки транспортным средством, его государственный регистрационный номер фиксируется камерой, включаемой в момент осуществления нарушения. При условии остановки транспортного средства, информация о его местоположении заносится в буфер ЭВУ и сохраняется там до момента возобновления его движения, после чего его местоположение будет обновляться. Когда транспортное средство покинет контролируемый участок дорожного движения, данные о нём удалятся из памяти ЭВУ.
Таким образом, предлагаемый вариант построения системы определения и контроля местоположения транспортного средства на дорожном полотне характеризуется простотой реализации, в отличии от аналогов, а так же может быть экономически более предпочтительнее за счёг использования простых устройств. 11релставленный замысел построения системы является оригинальным в своём исполнении и вполне может быть применён на участках дорог являющихся потенциально опасными, характеризующимися нарушением скоростного режима и выездом транспортных средств на полосу встречного движения.
Литература
!. Мирза О.М. Патент на изобретение № 2402445., Способ предупреждения столкновения транспортного средства с объектом перемещающемся в переднебокоаой зоне транспортного средства в направлении, пересекающим направления движения транспортного средства 2006 г.
2. Холлер Г. Патент на изобретение RUS 2423258., Система и способ оповещения отклонения от пути движения, 2006 г.
3. Целых В.П., Козлов КС. Патент на полезную модель RUS 87820., Интерактивная система сбора информации о дорожной ситуации и оперативного оповещения её участников с использованием сотовой связи, навигационных спутниковых систем и глобальных информационных сетей, 2008 г,
4. Богатырев П.И.. Герцеков ММ. Патент на изобретение RUS 2157769 Устройство для оповещения об аварийной ситуации на дороге, 1998 г.
5. Михайлов С.Н., Коптев Д.С., Шевцов A.M., Щитов А.И. Вариант системы автоматизированного оповещения водителей транспортных средств на особо опасных участках дорог // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 11. №5. С. 60-64.
T-Comm Том 11. #11-20 17
INFORMATION AND TELECOMMUNICATION SYSTEM OF AUTOMATIC DETERMINATION OF THE MOMENT OF CROSSING BY VEHICLE WITH DIVIDING BINDING OF TRAFFIC STRIPS
Sergey N. Mikhailov, South-Western State University, Kursk, Russia, [email protected] Dmitry S. Koptev, South-Western State University, Kursk, Russia, [email protected] Aleksey N. Shevtsov, South-Western State University, Kursk, Russia, [email protected] Aleksey N. Shchitov, South-West State University, Kursk, Russia, [email protected]
Abstract
At present, the problem of locating vehicles and monitoring compliance with traffic rules by drivers is inextricably linked with the installation of expensive equipment throughout the controlled section of the road. Installed equipment, such as multi-stream video cameras with large buffer memory, laser radar and much more, does not allow to evaluate and give out the result to the fullest extent, since these means do not simultaneously determine the location of several vehicles on the roadway, including their speed. In addition, the installation of such complex systems on all especially dangerous sections of roads is not always economically justified. This article shows that the available means of monitoring the traffic situation, individually or in combination, do not allow to fully control the location and speed of the vehicle on the roadway, especially when these tasks are to be solved autonomously, and also It takes considerable time to search for a registered violation situation in the entire recorded data set.
Taking into account the specifics of this problem, the article proposes a variant of the information and telecommunication system for automatic positioning of vehicles on the roadway, allowing registration of violations using registration means. The work presents a structural and functional diagram of the organization of the proposed system, describes the devices included in it, the principle of functioning is disclosed. The proposed variant of building a system for automatic detection and monitoring of the vehicle's location on the roadway is aimed at solving the problem of locating vehicles.
Keywords: vehicle, warning system, road traffic situation, overtaking maneuver, sensor, identification system, electronic computing device. References
1. Mirza O.M. Patent for invention No. 2402445., A method for preventing collision of a vehicle with an object moving in the anterolateral area of the vehicle in a direction crossing the directions of movement of the vehicle in 2006.
2. Holler G. Patent for invention RUS 2423258., System and method for warning of deviations from the traffic, 2006.
3. Whole V.N., Kozlov K.S. Patent for utility model RUS 87820., Interactive system for collecting information on the traffic situation and rapid notification of its participants using cellular communication, navigation satellite systems and global information networks, 2008.
4. Bogatyrev P.I., Gertsekov M.M., Patent for the invention RUS 2157769 Device for warning about an emergency on the road, 1998.
5. Mikhailov S.N., Koptev D.S., Shevtsov A.N., Shchitov A.N. (2017). Option of the system of automated notification of vehicle drivers at the highly dangerous road sites. T-Comm, vol. 11, no.5, pр. 60-64. (in Russian)
Information about authors:
Sergey N. Mikhailov, Senior Researcher, Head of the Department of Space Instrument Engineering and Communication Systems of the South-Western State University, Kursk, Russia
Dmitry S. Koptev, Magisrant of the Department of Space Instrument Engineering and Communication Systems, Southwestern State University, Kursk, Russia Aleksey N. Shevtsov, student of the Department of Space Instrument Engineering and Communication Systems of the Southwestern State University, Kursk, Russia Aleksey N. Shchitov, student of the Department of Space Instrument Engineering and Communication Systems of the Southwest State University, Kursk, Russia
f I >
