CC BY
38
ВАРИАНТ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПОВЕЩЕНИЯ ВОДИТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА ОСОБО ОПАСНЫХ УЧАСТКАХ ДОРОГ
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.
Приведён перечень систем, устанавливаемых на транспортные средства с целью обеспечения контроля движения автомобиля, повышения его управляемости и мониторинга дорожной обстановки. Показано, что имеющиеся средства не обеспечивают информирования водителей о скалывающейся ситуации, особенно в условиях выполнения обгона. Этим обоснована актуальность разработки системы автоматического оповещения водителей транспортных средств на особо опасных участках дорог. Показано ограниченность использования бортовых радарных систем контроля фронтальных зон. Определены факторы, снижающие объективную оценку обстановки в динамично меняющейся дорожной ситуации. Показана основная отличительная особенность предлагаемой системы от существующих на основе реализации оповещения водителей при помощи световой индикации, на всём протяжении опасного участка дороги. При этом рецепторная среда датчиков, телекоммуникационная составляющая передачи и вычислительные элементы обработки информации, а также устройство светового информирования располагаются на самом участке дороги. Это не требует установки на транспортном средстве никаких устройств. Предложена система автоматизированного оповещения водителей транспортных средств на особо опасных участках дорог, которая направлена на повышение безопасности дорожного движения. Приведена структурно функциональная схема системы автоматизированного оповещения транспортных средств на особо опасных участках дорог, описаны входящие в неё элементы, а также раскрыта методика определения всех характеристик необходимых для качественной оценки реальной дорожно-транспортной ситуации и своевременного информирования водителей транспортных средств о возможности безопасного совершения обгонного манёвра. Приведены математические выражения, позволяющие прогнозировать дорожную ситуацию и оценивать продолжительность манёвра и требуемую для него дальность дорожного участка. Обобщённые результаты расчётов представлены в виде графика.
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. Вариант системы автоматизированного оповещения водителей транспортных средств на особо опасных участках дорог // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 11. №5. С. 60-64.
For citation:
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, рр. 60-64. (in Russian)
Введение
Современное дорожное движение весьма интенсивна и требует от водителя транспортного средства большого внимания. На сегодняшний день существует множество устройств и систем, ориентированных на обеспечение устойчивости управления транспортным средством и помогающих водителю корректно её оценивать, а в случае выхода из-под контроля - предотвратить или минимизировать возможные последствия. К таким устройствам и системам можно отнести радары, спутниковые приемопередатчики, системы мониторинга мертвых и слепых зон (RVM), системы автоматического торможения (ACS), антиблокировочные системы (ABS), системы курсовой устойчивости (ESP) системы помощи водителю при спуске (DAC) и [2-8]. Несмотря на очевидные достоинства перечисленного оборудования, данные средства не обладают возможностью полноценной оценки сложившейся ситуации, изменяющейся в режиме реального времени. Особенно остро данная проблема стоит при выполнении водителями транспортных средств таких маневров, как обгоны. Данное действие сопряжено не только с оценкой скоростей движения потоков, но и с рельефными особенностями трассы, чго препятствует корректной работе систем, установленных на транспортном средстве. Одним из возможных решений данной проблемы может являться система анализа дорожной ситуации, стационарно устанавливаемая на особо опасном участке дорожного движения с целью, реализации информационного обеспечения водителя о возможности совершения обгонного манёвра. В этой связи разработка варианта организации системы автоматизированного оповещения транспортных средств на особо опасных участках дорог, является актуальной и представляет несомненный практический интерес.
Безопасность движения транспортных средств обеспечивается, как правило, визуально водителем из расчета, что он обязан самостоятельно оценить ситуацию перед автомобилем и обеспечить такой выбор параметров движения (скорость, манёвр), при которых исключается столкновение с другим транспортным средством, препятствием или пешеходом. Однако это сопряжено с неудобством и неправильной оценкой дорожной ситуации. На особо опасных участках дорог с разрешённым обгоном практически всегда достаточно сложно объективно оценить дорожную ситуацию в виду следующих факторов: высокой скорости попутного потока, больших габаритных размеров впереди идущих транспортных средств, затрудняющих оценку дорожной ситуации, неправильной оценки скорости встречного потока, рельефных особенностей трассы, препятствующих получению необходимой информации о расстоянии между потоками для обгона.
Для качественной опенки дорожной ситуации, перед автомобилем получили распространение автоматизированные средства но предупреждению водителя, а также корректированию движения автомобиля в случаях изменения параметров движения движущегося впереди транспортного средства. Такие средства обычно основаны на использовании лазерных радаров, с помощью которых определяется расстояние до движущегося впереди транспортного средства и его скорость, а также на сопоставлении последней со скоростью преследующего транспортного средства. Известные средства данного назначения имеют ограниченную область прак-
тического применения, охватывающую лишь контроль фронтально расположенного или движущегося препятствия [ 1
Отличительной особенностью предлагаемой системы является автономность ее функционирования от транспортного средства. Данная автономность достигается отсутствием необходимости установки дополнительных механизмов, устройств, элементов, работающих по принципу считывания (чипов) непосредственно на транспортном средстве.
Задачей системы автоматизированного оповещения водителей транспортных средств является обеспечение возможности гарантированного обгона транспортным средством впереди идущего потока. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении безопасности движения за счет оповещения водителя о возможности/невозможности совершения обгонного манёвра.
Данная система реализует функцию оповещения водителей с помощью световой индикации, установленной на всём протяжении особо опасного участка с разрешённым обгоном. Световая индикация является средством предупреждения водителей о возможности безопасного обгона или предостережения от совершения данного маневра.
Вариант структурно-функциональной схемы автоматизированного оповещения водителей транспортных средств на особо опасных участках дорог присутствует на рис. I.
111 М
Беспроводная линия
Резервная линия
Рис. I. Структурно-функциональная схема системы автоматизированного оповещения водителей: 1 - датчик генерировании инфракрасного излучения, поток которого направлен перпендикулярно направлению дорожного движения; 2 датчик приема и инфракрасного излучения от датчика 1: 3 датчик генерирования инфракрасного излучения, ноток которого направлен под определённым углом к направлению дорожного движения; 4 - датчик приёма и инфракрасного излучения от датчика 3; 5 - Шина 1,„ и Шина 2Ш - шины передачи данных; 6 - Ти Т;, Т;, Т4 - беспроводные устройства, за счёт которых организуется беспроводная и резервная линия, позволяющая осуществлять обмен данными между шинами: 7 - ЭВУ - Электронно-вычислительное устройство, представляет собой аппаратно-программный контроллер, позволяющий принимать и обрабатывать данные с датчиков всех типов, в соответствии с определённым программным алгоритмом, на основе которого осуществляется управление работой световой индикацией.
На обочинах дороги, перпендикулярно направлению движения, устанавливаются два типа датчиков; устройство генерирования (датчик 1) и приёма (датчик 2) инфракрасного излучения, для обнаружения транспортного средства па дорожном полотне, а также его скорости.
Определение местоположения транспортного средства по отношению к обшей ширине дорожного полотна достигается путём установки датчиков 3 и 4 по обеим сторонам дороги особым геометрическим расположением. Датчики 3 и 4, геометрически расположены так, что два соседних датчика 3 являются основанием мнимого равнобедренного треугольника, а датчик 4 его вершиной.
Реализация способа заключается в выполнении определённого алгоритма, информированного взаимодействии перечисленных элементов и обработке результатов этого взаимодействия, позволяющих решить следующие задачи:
- определить скорости транспортных средств, въезжающих в зону опасного участка дорожного движения с разрешённым обгоном;
- отслеживать транспортные средства на всём анализируемом отрезке пути, путем присвоения идентификационных номеров каждому транспортному средству, въезжающему на опасный участок дороги;
- определять местоположение и направления движения транспортных средств на дорожном полотне.
Способ автоматизированного оповещения водителей транспортных средств на особо опасных участках дорог реализуется следующим образом.
Определяются скорости транспортных средств посредством обработки данных, полученных от датчиков I и 2. Для определения скорости движения транспортного средства достаточно две нары таких устройств, установленных на определённом, заранее известном, расстоянии 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 въезде транспортного средства на контролируемый участок дорожного движения и при пересечении им луча инфракрасного диапазона, формируемого датчиком 1, информация о пересечении передаётся по шинам передачи данных Шипа ],„ и Шина 2Ш на ЭВУ, где происходит присвоение идентификационного номера каждому транспортному средству, который сохраняется за ним на всём протяжении контролируемого участка дорожного полотна. При остановке транспортного средства информация о его местоположении сохраняется в ЭВУ. После того как транспортное средство покидает контролируемый участок дороги его номер удаляется из ЭВУ,
Определение местоположения транспортного средства по отношению к общей ширине дорожного полотна достигается путём обработки данных датчиков 1, 2, 3,4 установленных по обеим сторонам дороги с определённым геометрическим расположением.
От пары датчиков 1, 2 и датчиков 3, 4, определяется время пересечения транспортным средством двух лучей: Г/ - между парами датчиков 1, 2; Л - между сторонами мнимого равнобедренного треугольника, образуемого вершиной 4 и двумя датчиками 3.
По совокупности расположения всех типов датчиков, в системе задаётся коэффициент условия выезда (к) па полосу встречного движения. Коэффициент к рассчитывается из условия, что транспортное средство проезжает расстояние между парами датчиков 1, 2 и датчиками, образующими стороны мнимого равнобедренного треугольника за определённое время. Коэффициент к является некоторой постоянно меняющейся величиной, зависящей от двух параметров времени 1| и Ь, основываясь на которых происходит расчёт коэффициента условия выезда транспортного средства на по-
62
лосу встречного движения. При условии когда время прохождения транспортным средства лучей мнимого треугольника больше или равно времени между лучами от двух пар датчиков ! и 2 то в ЭВУ принимается решение, что транспортное средство движется по своей полосе, то есть к </,//г Если время прохождения между лучами мнимого
равнобедренного треугольника меньше времени, между парами датчиков 1, 2, то в ЭВУ принимается решение, что транспортное средство движется но встречной полосе движения, то есть к / tr
Сведения с датчиков всех типов, на обеих обочинах дороги передаются в виде данных на ЭВУ, по шинам передачи данных и беспроводным устройствам.
Па основании данных поступивших в ЭВУ происходит идентификация каждого транспортного средства, въезжающего па опасный участок дороги, и анализируется возможность обгона им впереди идущего потока.
На основании информации о допустимом расстоянии до транспортного средства, о радиусе завершения обгона для определённых датчиками ] и 2 скоростей сопутствующего и встречного потоков, о скорости движения встречного потока, система производит анализ возможности обгона транспортным средством впереди идущего потока.
В основу расчётов положено, что скорость обгоняющего транспортного средства должна увеличиться по сравнению со скоростью впереди идущего потока на определённую величину. Данное обстоятельство позволит гарантированно совершить безопасный обгонный манёвр. Принимается решение, результатом которого является работа световой индикации, информирующей участников дорожного движения о возможности/невозможности совершения запланированного манёвра.
Работа световой индикации системы оповещения реализуется следующим образом. При выезде транспортного средства на полосу встречного движения, в ЭВУ производится аначиз: скоростей транспортных средств обгоняемого и встречного потоков, расстояния между ними (времени сближения), длины обгоняемого потока, безопасного расстояния, необходимого для завершения манёвра, времени затрачиваемого на обгон потока при условии соблюдения выше указанного скоростного режима. Па основании результатов произведенного анализа в ЭВУ принимается решение о возможности или невозможности осуществления безопасного обгона на контролируемом участке дороги. 11ри этом, если обгон транспортным средством возможен, и оно первое выехало на встречную полосу, в Отличии от автомобилей противоположного потока, тогда в ЭВУ принимается решение о включении у противоположного потока предупреждающих огней световой индикации, таким образом исключается возможность возникновения двустороннего обгона. Световая индикация загорается и гаснет в соответствии с движением транспортных средств. При следовании указаниям световой индикации аварийной ситуации не возникнет.
Если автомобиль выехал на полосу встречного движения и ЭВУ выдало решение, на основании которого обгон может привести к ДТП, работа световой индикации строится следующим образом: в ЭВУ принимается решение, следствием которого является мигание сигнализирующих элементов световой индикации, в результате чего происходит предупреждение водителя о невозможности совершить обгонный
У
Анализируя расчёт, предложенный выше, можно с уверенностью сказать, что предлагаемый способ будет работать корректно при условии, что транспортное средство совершающее обгонный манёвр будет превышать скорость потока как минимум на определённую заранее установленную величину,
В представленном расчёте такая величина была равна 10 км/ч. Если транс пор гное средство будет совершать обгонный манёвр со скоростью больше установленной минимальной скорости, при условии максимальных скоростей встречного и сопутствующего потоков, обгонный участок необходимый для совершения такого манёвра будет уменьшаться пропорционально увеличению скорости обгоняющего транспортного средства.
Таким образом, предложенный вариант системы автоматизированного оповещения водителей транспортных средств о возможности/невозможности совершения обгонного манёвра может существенно снизить риск аварийности на опасных участках дорог за счёт своевременного информирования участников движения при помощи световой сигнализации.
Литература
1. Мирза ОМ. Патент на изобретение №2402445., Способ предупреждения столкновения транспортного средства с объектом перемещающемся в перед небоковой зоне транспортного средства в направлении, пересекающим направления движения транспортного сродства. 2006.
2. Антиблокировочная система [Электронный ресурс] // АБС, -URL: https://ru.wikipedia.org/wiki.
3. Система курсовой устойчивости ESP [Электронный ресурс] // ESP. - URL: https://www.drive.ru/technic,
4. Система помощи водителю при спуске (DAC) [Электронный ресурс] // DAC. - URL: hup://avtoaziya.ru/aviotekhnologii.
5. Система мониторинга мертвых и слепых зон (RVM) [Электронный ресурс] // RVM. - URL: https://www.drivc.ru/blogs.
6. Радары, фиксирующие впереди идущие транспортные средства [Электронный ресурс] // Радары, фиксирующие впереди идущие транспортные средства. — URL: http://natapku.ru/sovety/kak-vubrat-antiradar.html.
7. Система автоматического торможения (AC'S) [Электронный ресурс|// ACS. - URL: http://f8stmb.ru/auto_shem/307-acs.html.
8. Системы помощи при обгоне фур [Электронный ресурс] // Системы помощи при обгоне фур. - URL: http://www.anews.com/rtL/post.
OPTION OF THE SYSTEM OF AUTOMATED NOTIFICATION OF VEHICLE DRIVERS AT THE HIGHLY DANGEROUS ROAD SITES
Sergey N. Mikhailov, South-Western State University, Kursk, Russia, [email protected] Dmitry S. Koptev, Southwestern State University, Kursk, Russia, [email protected] Aleksey N. Shevtsov, Southwestern State University, Kursk, Russia, [email protected] Aleksey N. Shchitov, Southwestern State University, Kursk, Russia, [email protected]
Abstract
In the work the list of the systems established on vehicles with the purpose of maintenance of the control of movement of the car, increase of its controllability and monitoring of a road situation is resulted. It is shown that the available funds do not provide drivers with information about the breaking situation, especially in conditions of overtaking. This justifies the relevance of the development of an automatic warning system for drivers of vehicles in especially dangerous sections of roads. The limited use of onboard radar systems for monitoring frontal zones is shown. The factors that reduce the objective assessment of the situation in a dynamically changing road situation are determined. The main distinguishing feature of the proposed system is shown from the existing on the basis of the implementation of alerting drivers with the help of light indication, throughout the dangerous section of the road. In this case, the receptor medium of the sensors, the telecommunication component of the transmission and the computational elements of information processing, as well as the light information system are located on the road section. This does not require the installation of any devices on the vehicle. The article proposes a system of automated warning of drivers of vehicles in especially dangerous sections of roads, which is aimed at improving road safety. A structurally functional diagram of the system of automated warning of vehicles on especially dangerous road sections is described, and the elements entering into it are described, as well as a methodology for determining all characteristics necessary for a qualitative assessment of a real road traffic situation and timely informing drivers of vehicles about the possibility of safe overtaking maneuver. The mathematical expressions allowing to predict a road situation are given and to estimate the duration of the maneuver and the range of the road section required for it. Generalized results of calculations are presented in the form of a graph.
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. (2006). A method for preventing collision of a vehicle with an object moving in the anterolateral area of a vehicle in a direction crossing the directions of movement of the vehicle. (in Russian)
2. Antilock system [Electronic resource]. ABS. URL: https://en.wikipedia.org/wiki.
3. The system of exchange rate stability ESP [Electronic resource]. ESP. URL: https://www.drive.ru/technic.
4. Driver assistance system for descent (DAC) [Electronic resource]. DAC. URL: http://avtoaziya.ru/avtotekhnologii.
5. Monitoring system of dead and blind zones (RVM) [Electronic resource]. RVM. URL: https://www.drive.ru/blogs.
6. Radars that fix forward vehicles [Electronic resource]. Radars that fix forward vehicles. URL: http://natapku.ru/sovety/kak-vubrat-antiradar.html.
7. The system of automatic braking (ACS) [Electronic resource]. ACS. URL: http://fastmb.ru/auto_shem/307-acs.html.
8. Assistance systems for overtaking trucks [Electronic resource]. Assistance systems for overtaking trucks. URL: http://www.anews.com/en/post. 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
7T>
