Admin/ Изобретения, полезные изобретения, суть изобретения/ 0 комментариев

УДК 621.39
Нуруллин Р.Р., Нуруллин Р.Г.

 

Процесс осуществления дорожного движения является сложным процессом, поскольку с каждым годом растет количество автотранспортных средств и возрастает интенсивность движения на дорогах различного уровня. Для некоторого облегчения управления данным процессом в последнее время создаются интеллектуальные транспортные системы, базирующиеся на возможностях телекоммуникационных технологий с привлечением спутниковой навигации [1, 2, 3, 6]. Для осуществления спутниковой навигации используются искусственные спутники Земли, которые позволяют отслеживать местонахождение подвижных объектов, в том числе и наземных транспортных средств.
Большинство мировых производителей аппаратуры спутниковой навигации для транспортных средств ориентируются на американскую систему спутниковой навигации Navstar, которая более известна под названием Global Positioning System (система глобального позиционирования) или сокращенно GPS. Считается, что система GPS на данный момент является единственной функционирующей в полном масштабе системой спутниковой навигации в мире.
В настоящее время реальное воплощение интеллектуальных транспортных систем в России находится в начальном этапе внедрения спутниковых навигационно-связных систем. Альтернативой американской GPS становится российская радиосистема определения местонахождения ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система), которая аналогична американской системе Navstar. Однако в источнике [4] указывается, что сегодня доля России составляет всего около 1% от общего объема мирового навигационно-информационного рынка с ежегодным оборотом в 60-70 млрд долларов. Сегодняшний объем российского рынка навигационного оборудования не превышает 16,5 млрд руб. Только 5% этого рынка занято оборудованием ГЛОНАСС. Собственные системы спутниковой навигации разрабатываются также в Европе (Galileo), в Китае (Бэйдоу) и в Индии (IRNSS).
В России внедрение спутниковых навигационно-связных систем проглядывается, в частности, в четырёх направлениях:

  1. Водителями автотранспортных средств все шире стали использоваться навигационные устройства для ориентирования на дорогах в процессе движения.
  2. Телекоммуникационные технологии стали применяться службами, ответственными за обеспечение безопасности движения, и система спутникового мониторинга воспринимаются как одно из наиболее перспективных технических средств контроля режима движения транспорта.
  3. Спутниковые навигационно-связные системы стали применяться и для бытового использования, например, в целях наблюдения за детьми, престарелыми людьми и домашними животными.
  4. Системы используются в военных подразделениях. При этом Российские войска лишены возможности пользоваться радиосистемами GPS и другими радиосистемами, подконтрольными иностранным государствам, и для России необходима своя позиционная система, которая позволяла бы удовлетворять возникающие потребности.

В данной статье речь пойдет о первых двух направлениях
В первом случае водителей, в основном, интересует местонахождение транспортного средства в координатах, привязанных к картам местности. Навигационные устройства предоставляют возможность выбрать более точный маршрут движения. Как правило, средства телекоммуникации представляют собой мобильные навигаторы, размещенные непосредственно на транспортном средстве. Судя по источнику [4], всего в России внедрено 43 тысячи единиц оборудования системы ГЛОНАСС, в том числе 1600 единиц установлено на автомобилях «скорой помощи», 14 тысячи – в МВД и около 30 тысяч единиц – на автобусах городского, пригородного и междугороднего сообщения и на личных транспортных средствах в регионах.
Во втором случае, работников автоинспекции интересуют вопросы соблюдения водителями конкретного транспортного средства Правил дорожного движения, в том числе скоростного режима движения. Обычно средства телекоммуникации контроля скоростного режима представляют собой стационарные системы, предназначенные для отслеживания положения транспортного средства через заданные интервалы времени и определения скорости его движения через величину пройденного пути за определенный промежуток времени. На основании полученных данных, в частности, могут фиксироваться нарушения скоростного режима теми или иными участниками дорожного движения на протяжении пути, анализироваться маневры с целью определения, например, насколько агрессивен стиль вождения водителя.
И в том, и в другом случае телекоммуникационные технологии осуществляются через спутниковые каналы связи с применением GPS/ГЛОНАСС технологий и представляют собой телеметрические системы.
Поскольку системы навигации транспортных средств базируются на технологиях по определению координат объекта с помощью искусственных космических спутников Земли, то навигация осуществляется на основе спутниковых (цифровых) карт местности, на которых поверхность местности представлена в виде плоскости, масштабируемой по двум координатам: широте X (N – Север) и долготе Y (Е – Восток) [5]. Аппаратура спутниковой навигации по изменению расстояния между текущими в динамике координатами самостоятельно определяет скорость движения и каждые 20-30 секунд отправляет отчет посредством технологии скоростной пакетной радиопередачи данных GPRS (General Packet Radio Service – пакетная радиосвязь общего пользования). Однако недостатком двухкоординатных спутниковых карт является ограниченные возможности восприятия изменения рельефа местности по третьей координате Z (по радиальному направлению Земли), что не позволяет учитывать особенности движения транспортного средства на подъемах и спусках дорог и вводит ошибки в процедуру расчета скорости движения.
Целью настоящей работы является оценка возможности применения телекоммуникационных технологий для организации дорожного движения и обеспечения его безопасности путем контроля по соблюдению регламентированного режима дорожного движения.
Сравним возможности определения скорости движения транспортного средства на горизонтальном участке дороги (рис. 1 а) и на спуске с углом уклона ( (рис. 1 б). Пусть транспортное средство движется и на горизонтальном участке, и на спуске с одинаковой скоростью V.

 

Возможности телекоммуникационных технологий в обеспечении безопасности дорожного движения

Рис. 1. Схема к определению скоростей транспортных средств с применением телекоммуникационных технологий: а – при движении на горизонтальном участке; б – при движении на негоризонтальном участке

Для транспортного средства на спуске скорость V разлагается на горизонтальную Vh и вертикальную Vv составляющие. Вертикальную составляющую скорости Vv спутниковые системы не могут определить. Определяется лишь горизонтальная составляющая скорости Vh.
Горизонтальную составляющую скорости находим из выражения:

Vh = V(cos(. (1)

Пусть транспортное средство движется и на горизонтальном участке, и на спуске со скоростью V = 90 км/ч, а угол уклона составляет ( = 30(. Тогда Vh = 90(cos30( = 78 км/ч.
Разница между действительной и определяемой телекоммуникационной системой скоростями равна (V = V – Vh = 12 км/ч.
Если перед спуском был установлен знак ограничения скорости до 80 км/ч, то спутниковая система не зафиксировала бы реального нарушения скоростного режима движения транспортного средства и возникновения за счет этого опасной ситуации на дороге. В этом отношении наземные средства контроля скорости движения конструкции «радар» оказываются более эффективными.
Однако спутниковые системы навигации более действенны при контроле соблюдения маршрута движения транспортных средств (при перевозке пассажиров и грузов), при фиксации непредвиденных остановок транспортного средства, при поиске угнанных машин, если они были оборудованы соответствующими телекоммуникационными средствами, целостность которых не была нарушена.
Нами была проверена точность определения скорости движения навигатором фирмы «Treelogic TL-5001BGF AV» (рис. 2) c установленной навигационной системой NAVITEL версии 3.5.0.1536. Наблюдения проводились в реальном режиме движения транспортного средства (легкового автомобиля Daewoo Matiz) на трассе длиной в 280 км. Температура окружающего воздуха составляла 30,5(С. Экран прибора-навигатора отображал план местности с дорогами в перспективной проекции с указанием местоположения наблюдателя. Скорость автомобиля изменяли с шагом 10 км/час, ориентируясь на показания штатного спидометра автомобиля. Были произведены трехкратные измерения на горизонтальных участках дороги и на подъемах-спусках.
Угол уклона определяли путем замеров длины l дорожного полотна с учетом заданной высоты h измерительного устройства с последующим расчетом. Эксперименты проводились преимущественно на небольших уклонах с тем, чтобы выявить граничные значения проявления разницы скоростей по спидометру и навигатору. В частности, таким уклоном оказался уклон со следующими параметрами: l = 9,3 м; h = 0,46 м; ; ( = 2,8(.
Со значениями скорости на штатном спидометре автомобиля сопоставлялись данные с навигатора при различных условиях, характеризующих уклон дорожной ленты (табл. 1). Сопоставление результатов испытаний производилась путем вычисления разности показаний скорости по спидометру и навигатору на горизонтальном участке (Vsnh и на подъемах-спусках (Vsnd по формулам:

(Vsnh = Vs – Vnh; (2)

(Vsnd = Vs – Vnd, (3)

где Vs – показания скорости по спидометру; Vnh – показания скорости по навигатору на горизонтальном участке пути; Vnd – показания скорости по навигатору на подъемах и спусках.
После этого был проанализирован перепад (разница) (Vр разницы скоростей, рассчитанных по формулам (2) и (3):

(Vр = (Vsnd – (Vsnh. (4)

    Результаты расчетов также приведены в таблице 1. На основании полученных данных построен график сопоставления показаний скорости транспортного средства по спидометру и по навигатору (рис. 3).

 

 

Рис.2. Процесс сопоставления значений скорости транспортного средства по спидометру и навигатору (фото): а – снятие показаний скорости по спидометру и по навигатору; б – визуальная оценка уклона; в – процедура определения угла уклона дорожной ленты

Таблица 1. Сопоставительные данные скорости транспортного средства
по спидометру и навигатору (км/ч)

Возможности телекоммуникационных технологий в обеспечении безопасности дорожного движения

Возможности телекоммуникационных технологий в обеспечении безопасности дорожного движения

Рис. 3. График сопоставления показаний скорости транспортного средства по спидометру и по навигатору: 1 – на горизонтальном участке, 2 – на подъемах и спусках

     Как видно из таблицы 1 и рис. 3, имеется определенная разница между значениями скорости, определяемой по спидометру и по навигатору. При этом с ростом скорости движения транспортного средства разница между скоростями Vs и Vnh растет. Это говорит о наличии некоторой инерционности реагирования навигатора на изменение скорости. Нами при экспериментах было замечено, что показания навигатора запаздывают примерно на 3 секунды по сравнению с реагированием спидометра на изменение скорости. На подъемах и спусках эта разница более значительна, чем на горизонтальных участках дорожной магистрали.
Известно, что кроме отмеченных факторов, при фиксации положения транспортного средства навигатором возникают различные искажения определения местоположения транспортного средства в процессе функционирования аппаратуры спутниковой навигации, в том числе за счет возникновения эффекта Допплера, который вызывается движением спутника относительно приемника наземной станции. Эффект Допплера приводит не только к изменению частоты излучаемых электромагнитных колебаний, но и вызывает деформацию спектра передаваемого сообщения [2]. В результате этих причин ошибка определения положения транспортного средства относительно реального положения с использованием спутниковой навигационной системы достигает нескольких метров [7].
Если перейти к более конкретным характеристикам, то в настоящее время точность определения координат системой ГЛОНАСС несколько отстает от аналогичных показателей для GPS. Согласно данным на 29 марта 2010 года ошибки навигационных определений ГЛОНАСС (при критериях вероятности p = 0,95) по долготе и широте составляли 4,46-8,38 м при использовании в среднем 7-8 космических аппаратов (в зависимости от точки приёма). В то же время ошибки GPS составляли 2,00-8,76 м при использовании в среднем 6-11 космических аппаратов (в зависимости от точки приёма) [8].
При совместном использовании обеих навигационных систем ошибки составляют 2,37-4,65 м при использовании в среднем 14-19 космических аппаратов (в зависимости от точки приёма) [8].
Такая относительно невысокая точность проявляется в виде следующих нежелательных эффектов:

  1. Эффект «фантома», когда измеренное положение транспортного средства имеет разницу в несколько метров от его реального расположения.
  2. Эффект «движения скачками», когда скорость движения транспортного средства воспринимается навигатором скачкообразной, хотя реально транспортное средство движется плавно.
  3. Эффект «виляния», когда положение движущегося транспортного средства воспринимается навигатором поочередно на двух параллельных полосах. Для наблюдателя такая траектория движения может трактоваться как управление транспортного средства нетрезвым водителем.
  4. Эффект «параллельного движения», когда траектория движения транспортного средства может восприниматься как движение по встречной полосе.

Однако в при рядовой эксплуатации навигаторов транспортных средств наблюдается несоответствие характеристик их точности декларируемым. Например, в источнике [9] утверждается, что согласно опросу британских водителей, проведенному в рамках исследования страховой компании Swinton, указания GPS-навигаторов регулярно игнорируют 83% мужчин и 75% женщин. При этом водители называют навигаторы «ненадежными» и «неточными»: более трети опрошенных сообщили, что навигационные системы при расчете маршрута ошибались на 1,5-8 км и из 3 тысяч участников опроса без малого две трети «на всякий случай» возят обычную бумажную карту.
Среди мер по повышению точности российской системы ГЛОНАСС называются пополнение орбитальной группировки, увеличение точности эфемерид (незначительных отклонений спутника от заданной траектории), улучшение потребительских устройств и замена спутников на более совершенные. Результатом программы модернизации спутников и наземных комплексов станет увеличение точности навигационных определений системы ГЛОНАСС до 2,8 м для гражданских потребителей [8].
Даже с учетом перспективы развития аппаратура спутниковой навигации на сегодня еще не составляет серьезную конкуренцию традиционным мерам, обеспечивающим безопасность, в том числе тахографам и автоматическим системам фотовидеофиксации превышения скорости и других нарушений Правил дорожного движения, а также воссоздания картины ДТП. По крайней мере, аппаратура спутниковой навигации не может определять, например, ускорение транспортного средства. В этом отношении незаменимы устройства динамического мониторинга режима движения наподобие «черного ящика», установленного непосредственно на транспортном средстве.
Однако эффективность применения спутниковой навигации можно резко повысить за счет использования комбинированных телекоммуникационных технологий, в которых аппаратура спутниковой навигации работает в увязке с наземными средствами наблюдения за режимом дорожного движения.

Список литературы

  1. Телекоммуникационные системы и сети: учеб. пособие. В 3 т. / под ред. В.П.Шувалова. – 3-е изд., испр. и доп., Т.1: Современные технологии / Б.И.Крук, В.Н.Попантонопуло, В.П.Шувалов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 647 с.: ил.
  2. Телекоммуникационные системы и сети: учеб. пособие. В 3 т. / под ред. В.П.Шувалова. – 2-е изд., испр. и доп., Т.2: Радиосвязь, радиовещание, телевидение / Г.П.Катунин, Г.В.Мамчев, В.Н.Попантонопуло, В.П.Шувалов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 672 с.: ил.
  3. Телекоммуникационные системы и сети: учеб. пособие. В 3 т. / под ред. В.П.Шувалова. – 2-е изд., испр. и доп., Т.3: Мультисервисные сети / В.В.Величко, Е.А.Субботин, В.П.Шувалов, А.Ф.Ярославцев. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 592 с.: ил.
  4. http: //www.stopgazeta.ru/archiv e/2010/9/35 (Дата обращения: 07.03.2011 г.).
  5. http: //gpsnews.ru/?/cat=325 (Дата обращения: 07.03.2011 г.).
  6. http: //moscow.lawsector.ru/data/doc45/txa45809.htm (Дата обращения: 07.03.2011 г.).
  7. http: //avto59.ru/news/277761.html (Дата обращения: 07.03.2011 г.).
  8. http: //ru.wikipedia.org/wiki (Дата обращения: 09.03.2011 г.).
  9.  http: //autorambler.ru/journal/events/03.04.2011/560966813 (Дата обращения: 03.04.2011 г.).

Аннотация
Проведена оценка возможности применения телекоммуникационных технологий в организации дорожного движения и обеспечения его безопасности. В процессе движения сопоставлялись данные скорости по спидометру с данными по навигатору. Эксперименты проводились на дорогах с различным уклоном. Выявлено, что навигатор не учитывает вертикальную составляющую скорости при уклонах. Рекомендовано обратить внимание на развитие комбинированных телекоммуникационных технологий, в которых аппаратура спутниковой навигации работает совместно с наземными средствами наблюдения за режимом дорожного движения.

Ключевые слова: Транспортное средство; спидометр; спутниковая система; навигатор; уклон дороги; разница скоростей.

POSSIBILITIES OF TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES In ENSURING SAFETY OF ROAD MOTION

Information on authors
1.Nurullin Rafis Rinnatovich, Home office on the Republic Tartarstan, Kazan, Russia.
2.Nurullin Rinnat Galeevich, candidate of technical sciences, Deserved inventor of Republic Tatarstan, Kazan State Power Engineering university, Kazan, Russia.

Abstract
Conduct evaluation of possibility of using the telecommunication technologies in organizations of road motion and its safety ensuring. In the process of motion were match velocity data on the speedometer with data on the navigator. Experiments were conduct on roads with the different gradient. Reveal that navigator does not take into account vertical form velocities at gradients. Recommend to pay attention to development of multifunction telecommunication technologies, in which equipment to satellite navigations works with overland facilities of staking out cut road motion.

Keywords: Transport facility; speedometer; satellite system; navigator; gradient of road; difference of velocities.

Оцените данную страницу

Расскажите в социальных сетях или обсудите в комментариях →
Share this Post

Покинуть Комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Вы можете использовать это HTML метки и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>
*
*

*

code