Розроблення методу дослідження параметрів дорожнього руху Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Науковий вкник НЛТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU

http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40270927 Article received 02.11.2017 р. Article accepted 28.11.2017 р.

УДК 656.1

ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)

Eg] Correspondence author I. V. Pasnak [email protected]

I. В. Паснак, С. А. Грицюк, Д. В. Грицай

Львiвський державний унiверситет безпеки життeдiяльностi, м. Львiв, Украта

РОЗРОБЛЕННЯ МЕТОДУ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПАРАМЕТР1В ДОРОЖНЬОГО РУХУ

Розглянуто проблематику оптимшзацп процесу проведення дослщжень параметрiв транспортних та шшохщних потоюв. На пiдставi анаизу сучасного стану проблеми обгрунтовано нагальну потребу розроблення нового способу дослщження па-раметрiв дорожнього руху для тдвищення ефективностi транспортних дослiджень. З'ясовано, що безпiлотнi лiтальнi апара-ти можуть бути ефективним шструментом для спостереження i картографування територш, що може бути використано тд час проведення транспортних дослщжень. Встановлено, що застосування безтлотних лiтальних апаратiв у царит транспортних дослiджень дасть змогу ютотно полегшити роботу дослщниюв та пiдвищити ефективнiсть 1хньо1 пращ, а отриманий таким чином вiдеоматерiал стане також у пригодi тд час навчального процесу для тдвищення якост пiдготовки майбутнiх фахiвцiв. Розроблено споаб дослiдження параметрiв дорожнього руху, в якому застосування безпшотного л^ального апара-та (дрона, квадрокоптера, мультикоптера тощо) з вiдеокамерою дае змогу здшснювати дослiдження параметрiв дорожнього руху в рiзних мiсцях вулично-дорожньо'' мережi шляхом польоту та зависанням над необхщними дiлянками вулично-до-рожньо! мережi iз отриманням вiдеозапису дорожнього руху. Для реалiзацii' запропонованого способу iз застосуванням без-пiлотного лiтального апарату запропоновано алгоритм проведення дослщжень параметрiв транспортних i пiшохiдних потоюв. Обгрунтовано рацiональнi параметри безпiлотних лтльних апаратiв для проведення транспортних дослщжень. Описано можливi варiанти проведення дослщжень з використанням розробленого способу дослщження параметрiв дорожнього руху. Надалi доцiльно продовжувати дослiдження в окресленш проблематицi, оскiльки застосування сучасних технологш у царинi транспортних дослiджень, безперечно, дасть змогу тдвищити ефективнiсть 'х проведення.

Кл^чов^ слова: пiдвищення ефективностц транспортний потiк; пiшохiдний потiк; безпшотний лiтальний апарат; алгоритм дослщжень; вулично-дорожня мережа.

Вступ. Як ввдомо, транспортш дослвдження - це процес збору шформацп про дорожнш або шший вид транспорту. Метою таких дослвджень е створення пере-думов (шляхом отримання початкових даних) для пла-нування, проектування та оптим1зацп у систем1 "До-рожш умови - транспортш потоки". Також отримаш окресленим шляхом даш будуть корисш для оптим1за-цп маршрупв руху спещальних транспортних засоб1в та безпеки 'х руху (Pasnak, 2017).

В умовах сьогодення здебшьшого випадк1в зб1р ш-формацп про параметри транспортних 1 шшохщних по-ток1в проводить методом натурних спостережень, який передбачае залучення низки обл1ковщв. Однак, з роз-витком новггшх технологш, можлив1стю 'х застосування у р1зних царинах д1яльност1 людини виникае питан-ня щодо доцшьносп залучення велико' шлькосп людей до проведення транспортних дослщжень. Тому актуаль-ним виглядае питання максимально' автоматизацп здшснення тако' д1яльност1 з1 залученням мшмально" шлькосп дослвднишв.

Зважаючи на викладене, тдвищення ефективносп дослвджень параметр1в транспортних 1 шшохвдних по-ток1в шляхом розроблення нового методу дослщження

napaMeTpiB дорожнього руху е актуальним завданням сьогодення та мае науково-практичну цiннiсть.

Анaлiз останшх досл1джень та публiкацiй. Автори ще1 роботи розпочали дослвдження в окресленому нап-рямку (Pasnak, 2017; Pasnak, Hrytsiuk & Hrytsai, 2017), однак вони стосувалися головним чином aнaлiзу сучасного стану проблеми та висвиленням перспективних напрямк1в дослвдження пaрaметрiв дорожнього руху. Подiбнi питання розглянуто у робот (Lopukh, 2015), де здшснено aнaлiз перспективних нaпрямiв застосування квадрокоптера для лiквiдaцiï пожеж та надзвичайних ситуaцiй, а також проведення шших дослiджень.

Варто також виокремити роботи закордонних вче-них, де порушено подiбнi питання. Зокрема, в робот (Sutheerakul et al., 2017) розглянуто можливкть застосування квaдрокоптерiв для дослвдження пaрaметрiв т-шохiдних потоков. У роботi (Wang, Chen & Yin, 2016) розглянуто застосування безпшотного легального апа-рата (БПЛА) для збору даних про транспортний потж, зокрема визначення типу транспортного засобу та вщ-стеження його руху. Можливiсть монiторингу транспортних потоков за допомогою БПЛА та подальшого оброблення отриманих вiдеомaтерiaлiв висвiтлено у ро-

1нформащя про aBTopiB:

Паснак 1ван Васильович, канд. техн. наук, доцент кафедри експлуатацп транспортних 3aco6iB та пожежно-рятувальноТ техшки.

Email: [email protected] Грицюк Снiжaнa Анатолмвна, студент. Email: [email protected] Грицай Дiaнa Вггалмвна, курсант. Email: [email protected]

Цитування за ДСТУ: Паснак I. В., Грицюк С. А., Грицай Д. В. Розроблення методу дослщження параметрiв дорожнього руху.

Науковий вкник НЛТУ УкраТни. 2017. Вип. 27(9). С. 124-127. Citation APA: Pasnak, I. V., Hrytsiuk, S. A., & Hrytsai, D. V. (2017). The Method of Studying Traffic Parameters. Scientific Bulletin of UNFU, 27(9), 124-127. https://doi.org/10.15421/40270927

60Ti (Guido et al., 2016). У po6oTi (Liu et al., 2012) порушено питання оптишзацд маршрупв польоту БПЛА для збору шформацп про транспортнi потоки. Однак наведеш роботи розглядають лише певнi випадки проведения дослвджень та збору шформацп, тому виникае нагальна потреба розроблення методу дослiдження па-раметрiв дорожнього руху, який забезпечив би тдви-щення ефективностi дослiджень параметрiв транспортних i пiшохiдних потоков для вирiшення проблем у ца-ринi оргашзацп дорожнього руху та в шших дотичних галузях дiяльностi.

Мета дослiдження - пiдвищення ефективносп дос-лвджень параметрiв транспортних i пiшохiдних потоков шляхом розроблення нового методу дослвдження пара-метрiв дорожнього руху.

Виклад основного матер1алу дослщження. Для от-римання показник1в штенсивносп дорожнього руху в перерiзi дорп можна використовувати данi короткотер-мшових спостережень за iнтенсивнiстю i складом потоку на стацюнарному пункп облiку. Облiк iнтенсивностi руху в цьому разi ведуть з обов'язковим подшом складу потоку за вантажошдйомшстю та зазначенням часу i дати проведення спостережень. Однак, беручи до увагу витрати, потрiбнi для встановлення та обслуговування стацiонарних пунктiв дослвдження дорожнього руху, для визначення показник1в дорожнього руху доцшьним застосування сучасних технiчних засобiв для фшсацп транспортних потоков, яш б обмежили необхвдшсть за-лучення людей для проведення дослвджень (Pasnak &Fursenko, 2014). В окресленому напрямi було запро-поновано для дослвдження параметрiв дорожнього руху застосовувати споаб iз застосуванням ввдеореестратора (пат. Укра1ни на корисну модель № 79573).

Цей метод дослщження параметрiв дорожнього руху передбачае застосування вщеореестратора, встановле-ного в легковому автомобiлi. Легковий автомобшь пар-кують у потрiбному для дослвдження мiсцi вулично-до-рожньо! мереж1 (ВДМ) та вiдбуваеться дослвдження параметр! в дорожнього руху (рис. 1).

Вiдеореeстрацiя може здiйснюватися як у присут-ностi людини, так i автономно. Пiсля проведення необ-хiдних дослвджень, результати опрацьовуються каме-ральним способом iз використанням ПК. Отримаш данi можуть вiдображатися у виглядi таблиць чи графiкiв за-лежно вiд поставлено! задачi дослвдження. Для проведення дослiджень доцшьно визначати iнтенсивнiсть руху методом натурних спостережень iз використанням методики 6-хвилинних вiдрiзкiв часу. Цей метод поля-гае у вимiрюваннi шлькосп автомобiлiв на дослвджува-ному перерiзi дороги 6 хв у ранковий (8.00) i вечiрнiй (18.00) пiковi перiоди, а також в общню пору (13.30). Однак такий споаб мае низку недолЫв, оск1льки забез-печуе фiксацiю транспортного потоку лише в певному перерiзi ВДМ.

Для отримання повшшо! картини пiд час опрацю-вання вiдеоматерiалiв доцiльно було б забезпечити встановлення камери зверху над дослвджуваним об'ектом (наприклад перехрестям), щоб мати змогу комплексно дослвджувати параметри руху з усiх нап-рямк1в. Тут перспективним виглядае застосування квад-рокоптера, що дасть змогу здшснити вiдеофiксацiю транспортних та шшохщних потоков шляхом "зависания" над перехрестям та отриманням якiснiшого вщео. Надалi його можна опрацьовувати в камеральних умо-вах, що дасть змогу зменшити к1льк1сть дослiдникiв ^пак, 2017).

Варто зазначити, що сьогодш активно розвиваеться безпiлотна авiацiя (розроблення безпшотних лiтальних апаратiв, зокрема дрошв, мультикоптерiв тощо), осшль-ки перспектива сфер 1х застосування е вкрай широкою. Вже сьогодш 1х застосовують у багатьох царинах дiяль-носп людини, зокрема у сiльському господарсга, пiд час будiвництва рiзних об'екпв та споруд, для проведення пошуку i рятувальних операцiй, доставки корес-понденцп тощо. Також квадрокоптери знайшли свое застосування у фотографуванш та кiнематографi, ос-к1льки за 1х допомогою можна легко i дешево робити знiмки з висоти та тд рiзними кутами. Як бачимо, свь товий досвiд сввдчить, що квадрокоптери можуть бути ефективним шструментом для спостереження i картог-рафування територiй, а дослвдження у цьому напрямi е вкрай важливими та перспективними (Равпак, 2017).

Рис. 1. Процес збору шформацп для дослщження параметр1в дорожнього руху (Pasnak & Fursenko, 2014): а) вигляд з кабши автомобшя у момент фжсацп транспортних засоб1в реестрато-ром; б) кадр ¡з запису реестратора, де вщтворена ця шформащя

Рис. 2. Фрагмент кадру вщеоматер1алу фжсацп транспортного потоку над перехрестям, отриманого за допомогою квадрокоп-тера

Зважаючи на викладене, автори ще! роботи розроби-ли спосiб дослiдження параметрiв дорожнього руху (заявка на отримання пат. Украши на корисну модель и 201708079), в якому застосування безпшотного лггаль-ного апарата (дрона, квадрокоптера, мультикоптера то-що) з вщеокамерою дае змогу здшснювати дослiдження параметрiв дорожнього руху в рiзних мюцях ВДМ шля-

хом польоту та зависаниям над необхвдними дшянками вулично-дорожньо' мереж1 1з отриманням ввдеозапису дорожнього руху. На рис. 2 наведено фрагмент кадру ввдеоматер1алу фшсацд транспортного потоку над пе-рехрестям, а на рис. 3 - на дшянщ ВДМ.

Рис. 3. Фрагмент кадру вiдеоматерiалу фжсацл транспортного потоку на дiлянцi ВДМ, отриманого за допомогою квадрокоп-тера

Для реал1зацп запропонованого способу дослвджен-ня параметр1в дорожнього руху з1 застосуванням БПЛА запропоновано алгоритм проведення дослвджень пара-метр1в транспортних 1 шшохвдних поток1в (рис. 4).

С

Початок

3

Al етайу

Biiöip та обгрунтування дшянки ВДМ для проведения дослщжень

A? ematîy

31

Встановлення необхщних мюць фйссаци napaMeTpiB транспортних i шшохщних поток1в на обраиш дшянщ ВДМ

-(5 стап}

з:

Обгрунтування необхщно!' тривалоста

вщеофшсацп дшянки ВДМ за допомогою БПЛА

A4 етапу

Bn6ip БПЛА з необхщними ТТХ для проведения дослщження

з:

-(5 emu и-

- "Зависания" БПЛА над необхщними

nepepi3aMn дошмджуваноУ дшянки ВДМ та вщео-фпссащя транспортних i шпкшдиих потоюв

Aß entait}

з:

Оброблення отриманих в1деоматер1а:пв ¡з заповненням протокшпв дослщження параметр1в дорожнього руху

Aj ematiy

Використання отриманих даних для

моделювання транспортних i тшохщних потокш, прогнозуваиня ïx параметр1в тогцо

Aß eittan}

Висновки про ефективнють схеми ОДР,

napaMeTpiB регулювання руху, оцшка конфлжтологп транспортних та niiHOxiflHnx потоюв тогцо

С

Юнець

3

Рис. 4. Структурна схема iмiтацшноi' моделi дослiдження пара-MeTpiB транспортних i пiшохiдних потоюв i3 використанням запропонованого способу

Беручи до уваги (Pasnak, 2017; Pasnak, 2017), для транспортних дослвджень рекомендують застосовувати квадрокоптер з такими параметрами:

• камера з достатшм розширенням (для чггко' фшсаци транспортних i тшохщних потоюв);

• можливiсть GPS наведення (для пiдвищення ефектив-ност позицiонування над певною дiлянкою ВДМ);

• можливють "зависання" над вказаним мiсцем (для отри-мання чггаого вiдео дослiджуваного об'екта);

• автоповернення в екстрених ситуац1ях (для запобкання втрати квадрокоптера у разi низького заряду акумулято-рiв чи слабкого сигналу каналу зв'язку керування);

• тдвищена автономнiсть роботи (для забезпечення про-ведення безперервноï вiдеофiксацiï);

• тдвищена дальтсть керування та передачi iнформацiï (для забезпечення можливостi дослвджувати значнi за розмiром дiлянки ВДМ чи окремого транспортного району).

Опрацювання в1деозапису в камеральних умовах дасть змогу дослщнику отримати так1 дат (Pasnak, 2017; Pasnak, 2017):

• тенсивност та складу руху транспорту на мапстраль-но-вуличнш мережi мкта;

• iнгенсивностi i складу руху автотранспорту на дорогах, яю входять у мiсто;

• iнгенсивностi руху пiшоходiв;

• швидкостей руху на вулицях i дорогах мiста;

• затримок руху на перехрестях та в окремих перерiзах ВДМ;

• розмщення та умови роботи стоянок автотранспорту;

• вихщш данi для оптишзацп маршруту слiдування спець альних транспортних засобiв (Pasnak, Prydatko, & Gav-rilyk, 2016);

• умови руху в пунктах перюднчного скупчення людей (стадюни, парки, вокзали тощо).

Отже, як бачимо, застосування квадрокоптерiв у ца-ринi транспортних досл1джень дасть змогу ктотно по-легшити роботу дослщнишв та пiдвищити ефективнiсть 1хньо1 працi, а отриманий таким чином вiдеоматерiал стане також у пригодi пiд час навчального процесу для тдвищення якостi сприйняття матерiалу студентами.

Висновки. На пiдставi аналiзу сучасного стану проблеми обгрунтовано нагальну потребу розроблення нового способу дослiдження параметрiв дорожнього руху для пiдвищення ефективносп транспортних досль джень. Розроблено споаб досл1дження пaрaметрiв дорожнього руху, в якому застосування БПЛА (дрона, квадрокоптера, мультикоптера тощо) з видеокамерою дае змогу здiйснювaти досл1дження пaрaметрiв дорожнього руху в рiзних мюцях ВДМ шляхом польоту та зависанням над необхiдними дiлянкaми вулично-до-рожньо1 мереж1 iз отриманням вщеозапису дорожнього руху. Для реaлiзaцiï запропонованого способу iз засто-суванням БПЛА розроблено алгоритм проведення дос-л1джень пaрaметрiв транспортних i шшохвдних потоков. Окреслено вимоги до БПЛА для проведення досль джень та описано можливi вaрiaнти проведення досль джень з використанням запропонованого способу.

Перелш використаних джерел

Guido, G., Gallelli, V., Rogano, D., & Vitale, A. (2016). Evaluating the accuracy of vehicle tracking data obtained from Unmanned Aerial Vehicles. Internationaljournal of transportation science and technology, 5(3), 136-151. https://doi.org/10.1016/j.ijtst.2016.12.001 Liu, X., Peng, Z., Zhang, L., & Li, L. (2012). Unmanned Aerial Vehicle Route Planning for Traffic Information Collection. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 12(1), 91-97. https://doi.org/10.1016/S1570-6672(11)60186-4 Lopukh, O. R. (2015). Analiz perspektivnykh napravlenii primeneniia kvadrokopterov (multikopterov) pri likvidatcii pozharov i chrezvychainykh situatcii, a takzhe provedeniia drugikh issledova-nii. Vestnik Kokshetauskogo tekhnicheskogo instituta KChS MVD

Respubliki Kazakhstan, 4(20), 37-47. Kyiv: KTI MVD RK. [in Pasnak,I. V. (2017). Zastosuvannia kvadrokopteriv dlia doslidzhennia

Russian]. parametriv dorozhnoho rukhu: Problemy z transportnymy poto-

Pasnak, I. V., Hrytsiuk, S. A., & Hrytsai, D. V. (2017). Perspektyvni kamy i napriamy yikh rozviazannia. Tezy dopovidei Vseukrainskoi

avtomatychni systemy zbyrannia danykh u tsaryni dorozhnoho ruk- naukovo-teoretychna konferentsiia, (pp. 15-17). Lviv:

hu. Problemy z transportnymy potokamy i napriamy yikh rozviazan- Vydavnytstvo Lvivskoi politekhniky. [in Ukrainian].

nia. Tezy dopovidei II Vseukrainska naukovo-teoretychna konfe- Pasnak, I. V., & Fursenko, O. M. (2014). Optymizatsiia marshrutu

rentsiia, 1618 bereznia 2017 roku, (pp. 22-23). Lviv: Vydavnytstvo rukhu spetsialnykh transportnykh zasobiv iz urakhuvanniam para-

Lvivskoi politekhniky. [in Ukrainian]. metriv vulychno-dorozhnoi merezhi. VisnykLDUBZhD, 10, 7-14.

Pasnak, I. (2017). Justification possibility of using drones to study the Lviv: LDU BZhD. [in Ukrainian].

parameters of traffic. Globalization of scientific and educational Sutheerakul, C., Kronprasert, N., Kaewmoracharoen, M., & Pichayaspace. Innovations of transport. Problems, experience, prospects: pan, P. (2017). Application of Unmanned Aerial Vehicles to Pe-thesis, 3-12 May 2017, Dresden (Germany) - Paris (France) (pp. destrian Traffic Monitoring and Management for Shopping Streets. 156-158). Severodonetsk: Volodymyr Dahl East Ukrainian Nati- Transportation Research Procedia, 25(3), 1717-1734. onal University. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2017.05.131 Pasnak, I., Prydatko, O., & Gavrilyk, A. (2016). Development of algo- Wang, L., Chen, F., & Yin, H. (2016). Detecting and tracking vehicles rithms for efficient management of fire rescue units. Eastern Euro- in traffic by unmanned aerial vehicles. Automation in Construction, pean Journal of Enterprise Technologies, 3/3(81), 22-28. 72(3), 294-308. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2016.05.008 https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.71604

И. В. Паснак, С. А. Грицюк, Д. В. Грицай

Львовский государственный университет безопасности жизнедеятельности, г.Львов, Украина

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

Рассмотрена проблематика оптимизации процесса проведения исследований параметров транспортных и пешеходных потоков. На основании анализа современного состояния проблемы обоснована необходимость разработки нового способа исследования параметров дорожного движения для повышения эффективности транспортных исследований. Выяснено, что беспилотные летательные аппараты могут быть эффективным инструментом для наблюдения и картографирования территорий, что может быть использовано при проведении транспортных исследований. Установлено, что применение беспилотных летательных аппаратов в области транспортных исследований позволит существенно облегчить работу исследователей и повысить эффективность их работы, а полученный таким образом видеоматериал станет полезным также во время учебного процесса для повышения качества подготовки будущих специалистов. Разработан способ исследования параметров дорожного движения, в котором применение беспилотного летательного аппарата (дрона, квадрокоптера, мультикоптера и т. п.) с видеокамерой позволяет проводить исследования параметров дорожного движения в разных местах улично-дорожной сети путем полета и зависанием над необходимыми участками улично-дорожной сети с получением видеозаписи дорожного движения. Для реализации предложенного способа с применением беспилотного летательного аппарата предложен алгоритм проведения исследований параметров транспортных и пешеходных потоков. Обоснованы рациональные параметры беспилотных летательных аппаратов для проведения транспортных исследований. Описаны возможные варианты проведения исследований с использованием разработанного способа исследования параметров дорожного движения. В дальнейшем целесообразно продолжать исследования в очерченной проблематике, поскольку применение современных технологий в области транспортных исследований, бесспорно, позволит повысить эффективность их проведения.

Ключевые слова: повышение эффективности; транспортный поток; пешеходный поток; беспилотный летательный аппарат; алгоритм исследований; улично-дорожная сеть.

I. V. Pasnak, S. A. Hrytsiuk, D. V. Hrytsai

Lviv State University of Life Safety, Lviv, Ukraine

THE METHOD OF STUDYING TRAFFIC PARAMETERS

One of the most important tasks of transport research is to create preconditions (by getting initial data) for planning, designing and optimization in the system "Road conditions- traffic flows". The purpose of the work is to increase the efficiency of studying traffic parameters and pedestrian flows by developing a new method of studying traffic parameters. The problem of optimization of the process of conducting studies traffic parameters and pedestrian flows is considered in the paper. The basis of the analysis of the current state of the problem is the necessity to develop a new way of studying the parameters of traffic for increasing the efficiency of transport research. The authors have found that unmanned aerial vehicles can be an effective tool for monitoring and mapping territories that can be used during transport research. We have also defined that the use of unmanned aerial vehicles in the field of transport research will enable substantial facilitating the work of researchers and increasing the efficiency of their work, and the resulting video material will also be useful during the educational process to improve the quality of training future specialists. The authors have developed the method of traffic parameters in which the use of an unmanned aerial vehicle such as dron, quadcopter, mul-ticopter, etc. with a video camera allows to study the parameters of traffic in different places of the street-road network by flight and hovering over the necessary sections of the street-road network with reception video recording of the road. In order to implement the proposed method with the use of an unmanned aerial vehicle, an algorithm for carrying out research on the parameters of transport and pedestrian flows is proposed. The rational parameters of unmanned aerial vehicles for carrying out transport investigations are substantiated. We have described possible options for conducting research using the developed method of studying traffic parameters, in particular: for studying the intensity and composition of traffic on the main-street network of the city; study of velocities and traffic delays at crossroads and separate sections of the street-road network; study of pedestrian flow parameters; obtaining initial data to optimize the route of follow-up of special vehicles, etc. In the future it is expedient to continue the research in the outlined issues, since the use of modern technologies in the field of transport research will undoubtedly improve the efficiency of their implementation.

Keywords: increase of efficiency; traffic flow; pedestrian flow; unmanned aerial vehicle; research algorithm; street-road network.