Система мониторинга и оповещения о качестве дорог

В России, как известно, две беды, одна из которых наши дороги. И победить эту беду в обозримом будущем не представляется возможным. Если проблему нельзя решить, ее можно обойти или объехать. Компания Google запатентовала систему, которая позволяет избежать различных повреждений на дороге (выбоин, провалов, бугров и др.) за счет своевременного предупреждения водителя о них.

Предполагается создать специальную базу данных, в которую в автоматическом режиме будет поступать информация о состоянии дорожного полотна от различных автомобилей. Для регистрации повреждений на дороге будут задействоваться специальные бортовые датчики. Место повреждения в момент проезда автомобиля будет фиксироваться с помощью системы глобального позиционирования. Полученная информация по беспроводной сети будет попадать на удаленный сервер. Таким образом, в результате работы системы водители смогут заблаговременно получать предупреждения о повреждениях на дороге.

В работе системы мониторинга и оповещения о качестве дорог выделяется ряд взаимосвязанных функцией:

• определение географического положения транспортного средства;
• мониторинг качества дорожного полотна;
• обработка результатов мониторинга качества дорог;
• передача результатов мониторинга на удаленный сервер;
• прием обобщенной информации от удаленного сервера;
• оповещение водителя о качестве дороги;
• контроль работоспособности системы.

Для реализации перечисленных функций конструкция системы включает следующие элементы:

1. GPS-приемник;
2. датчик (датчики) для оценки качества дорог;
3. бортовой компьютер;
4. передатчик;
5. приемник;
6. средства вывода информации.

Кроме того, в работе системы мониторинга и оповещения о качестве дорог задействуются беспроводная компьютерная сеть, удаленный сервер, спутники системы глобального позиционирования.

С помощью GPS-приемника осуществляется прием сигналов от спутников и определение текущего географического положения транспортного средства, среди которых широта, долгота, высота, направление и скорость движения. В качестве GPS-приемника используется отдельное устройство или соответствующий блок в составе автомобильной навигационной системы.

Для мониторинга качества дорог планируется использовать датчик вертикальных перемещений, измеряющий величину вибраций кузова от неровностей дорожного полотна. Вместе с датчиком вертикальных перемещений могут быть задействованы датчики хода подвески (датчики движения поршня амортизатора), датчик скорости, акселерометр, гироскоп, высотомер.

Для оценки качества дорог в головное устройство информационно-развлекательной системы автомобиля загружается специальное программное обеспечение, обрабатывающее сигналы от GPS-приемника и датчиков. Функции бортового компьютера могут быть возложены на различные мобильные гаджеты (ноутбук, планшет или смартфон), подключенные к сети автомобиля.

Обработанные пакеты данных преобразуются передатчиком в радиочастотный сигнал и передаются по беспроводной сети на удаленный сервер, построенный на облачных сервисах. Далее производится прием информации от удаленного сервера, которая содержит усредненные характеристики качества дорожного полотна от множества автомобилей.

Полученные данные используются для непосредственного предупреждения водителя о плохих дорогах, предлагая ему информацию в виде специальных интерактивных карт. На основе полученных данных навигационная система сможет построить безопасный и комфортный маршрут. Кроме этого, информацией от удаленного сервера смогут воспользоваться дорожные службы для оперативного устранения повреждений дорожного полотна.

Пока система мониторинга и оповещения о качестве дорог только на бумаге, но судя по намерениям и возможностям компании Google, мы скоро сможет увидеть ее на автомобилях.

Материалы: http://systemsauto.ru/another/monitoring-and-reporting-road-quality.html

Комплекс интегрированных средств управления дорожной инфраструктурой, предназначенный для решения задач управления дорожным хозяйством, дорожным движением и сбором оплаты с владельцев транспортных средств за проезд. Интеллектуальная транспортная система обеспечивает оптимальное решение возникающих задач и высокую адаптацию под конкретные условия.

1. Центральный пункт управления;

2. Подсистема информирования пользователей автодорог;

3. Подсистема метеорологического обеспечения

Подсистема метеорологического обеспечения обеспечивает контроль, анализ и прогнозирование метеорологической обстановки на дорогах для планирования и проведения антигололёдных мероприятий.

Данные от метеостанций передаются в Центральный пункт управления интеллектуальной транспортной системы для обработки. После обработки данных информация поступает в дорожные подразделения, занимающиеся эксплуатацией дорог, а текущая информация об экстремальных погодных условиях на информационные табло и управляемые дорожные знаки.

Основные функции интеллектуальной транспортной системы:

• Определение изменений метеоусловий в реальном масштабе времени;
• Информационное обеспечение, на основе прогнозируемых данных, производственных процессов по содержанию дороги.
• Обеспечение эксплуатирующей организации информацией о метеоусловиях на автодороге (Автоматическое измерение до 30 параметров метеовеличин и параметров поверхности покрытия дороги (сухое, влажное, мокрое, мокрое с химикатами, наличие льда, инея, снега, воды), оценка противообледенительного химиката, оценка толщины слоя воды на поверхности и температуру замерзания).

4. Подсистема видеонаблюдения.

Подсистема видеонаблюдения предназначена для видеоконтроля обстановки на важных участках дорог (избирательного контроля транспортного потока, визуального контроля метеоусловий и состояния дорожного полотна), местах хранения техники и материалов, состояние искусственных сооружений, обеспечивая:

• контроль состояния дорожного полотна и видимости на дороге;
• контроль загруженности дороги транспортными средствами;
• выявление случаев ограничения пропускной способности дороги на напряженных участках;
• контроль сохранности материалов и техники;

В состав системы видеонаблюдения входят:

• терминалы для дистанционного видеонаблюдения и управления видеокамерами;
• средства записи и хранения видеоинформации, линии и средства связи.

Видеоизображения от видеокамер передаются в центры управления производством, где отображаются на мониторах. При необходимости изображения записываются на видеомагнитофон или компьютер. Отдельные камеры могут дистанционно управляться, при этом может изменяться направление и глубина просмотра.

В комплексе компьютера с модемом и соответствующим программным обеспечением возможна передача видеоизображений на любой другой компьютер по телефонной сети, ЛВС или Интернету, при этом видеоинформация может быть дополнена поясняющим текстом или аудиосообщением. Интеллектуальная транспортная система дорожного мониторинга наиболее эффективна при круглосуточной работе подсистемы видеонаблюдения.

5. Подсистема контроля интенсивности дорожного движения.

Подсистема контроля интенсивности дорожного движения предназначена для;

• Анализа транспортных потоков для нескольких полос движения;
• Классификации транспортных средств по классам;
• Оценки статистических характеристик транспортного потока по каждой полосе;
• Измерения общего количества (объема) транспортных средств, прошедших по каждой полосе за заданный период усреднения;
• Вычисления средней скорости движения транспортного потока по полосе за период усреднения;
• Регистрации предыстории инцидента с сохранением видеофрагмента для последующего анализа;
• Определения загруженности автодороги, обнаружение и вычисление количества транспортных пробок.

Система дорожного контроля обеспечивает сбор первичной информации, необходимой для работы АСУ. Для решения нетипичных задач потребуется проектирование систем дорожного мониторинга, соответствующих конкретным условиям.

6. Дорожная интегрированная подсистема связи и ABC.

Подсистема связи и ABC предназначена для предоставления возможности участникам дорожного движения передачи сообщений оператору ЦПУ с колонки переговорного устройства информации о любом дорожном происшествии и состоянии автодорог.

Подсистема управления работами по содержанию.

Подсистема управления работами по содержанию предназначена для;

• Повышение уровня транспортно-эксплуатационного состояния АД;
• Повышение эффективности управления дорожными работами по содержанию и ремонту;
• Снижение затрат на эксплуатацию и содержание АД.

Материалы: http://mkk-group.ru/production/traffic/

The problem of quantitative evaluation of automobile road quality has been considered. Mathematical apparatus of linguistic variables is used. New informational technology of interactive monitoring of traffic flow environment has been offered

ИНТЕРАКТИВНАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

В.О. Хабаров, аспирант, ХНАДУ

Аннотация. Рассмотрена проблема количественной оценки качества автомобильных дорог. Используется математический аппарат лингвистических переменных. Предлагается новая информационная технология интерактивного мониторинга среды движения транспортных средств.

Ключевые слова: автомобильные дороги, мониторинг, различимость, лингвистическая переменная, дорожная лаборатория.

Мониторинг качества автомобильных дорог является достаточно сложной задачей. Рассмотрим новую интерактивную систему мониторинга, основанного на принятии решений в соответствии с логикой мышления человека. Для этого применим математический аппарат нечетких множеств, нечеткие выводы, лингвистические переменные. Физическая реализация такой системы - передвижной информационно-вычислительный комплекс, установленный в автотранспортной лаборатории. Непосредственно в движении базового автомобиля лаборатории механический процесс его перемещения в пространстве, который регистрируется системой электронных датчиков специальной измерительной системы. Он является источником информации об условиях движения, которые однозначно соответствуют качеству дороги. Преобразование этой информации вычислительным комплексом даёт данные для принятия решений о состоянии дороги и, следовательно, о результатах выполненных дорожных работ.

Таким образом, автотранспортная лаборатория представляет собой систему, которая состоит из трех логических составляющих: механическая; электронной; информационной. Поэтому задачу анализа и синтеза системы интерактивного мониторинга рассмотрим как задачу анализа и синтеза мехатронной системы.

Нечеткая логика является областью нетрадиционной математики, которая сегодня широко представлена в фундаментальных и прикладных научных изданиях, начиная с работы [1]. Теория и практика использования нечетких множеств изложена во множестве работ как, например [2, 3]. Описание исследуемой системы в терминах нечеткой логики начинается с определения лингвистических переменных, их значений - термов, проведении аналогий между количественными оценками подсистем и звеньев исследуемой системы с их нечетким описанием.

Эта задача близка к определению различимости наблюдаемых динамических процессов, которая описываются с применением информационной теории управления [4]. Если представить наблюдения, как результат анализа исследуемой системы: нормализацией регистрируемых данных, их структурной и прагматической обработкой [4], тогда можно определить наблюдение как мониторинг системы согласно подходу, изложенному в работах [5, 6]. Согласно высказанным предположениям нечеткое описание или фаз-зификацию исследуемых процессов и систем рассмотрим с позиции основных положений информационной теории различимости [6], теории принятия решений в сложных системах мониторинга транспортных машин, систем и коммуникаций [7, 8]. Существующие подходы к решению задачи фаззификации в транспортных приложениях отличаются

определенным субъективизмом. Если это и допустимо в организационных системах, то в технических, и организационно-технических системах требуются строгие количественные оценки, исключение субъективного мнения человека. Это, прежде всего, относится к новым транспортным приложениям нечеткой логики, в которых сочетаются приёмы, принятые в информационной теории управления, с решением задач мехатронизации в транспортных системах [6, 7, 8].

Цель и постановка задачи

В задачах мониторинга автомобильных дорог, где ранее использовались экспертные оценки, близкие к использованию аппарата лингвистических переменных, например [9], есть противоречие между возможностями количественной обработки данных и технических параметров с использованием «неточных» логических выводов. Цель исследования - разрешить это противоречие при приведении точных характеристик транспортной технической системы мониторинга к «нечеткому» виду для физической реализации интерактивного мониторинга качества автомобильных дорог на основании опыта подобных разработок [10].

Перемещение и наблюдение

Пусть технический объект или система формально описывается оператором У. Он преобразует наблюдаемую динамическую переменную х(0, которая однозначно определяет регистрируемый динамический процесс. Для транспортной системы такой динамический процесс - это процесс движения транспортного средства. В простейшем случае результатом преобразования является образ оператора у<(). Логично считать процесс

наблюдения такой системы динамическим мониторингом. Для перехода от субъективных оценок наблюдаемого объекта или системы положим, что у(0 однозначно соответствует лингвистической переменной в области определения нечеткой модели наблюдаемого динамического процесса. Тогда ограниченное множество термов такой лингвистической переменной определяется спецификой наблюдаемого динамического процесса. Формально

где у(0 - образ оператора У; х(0 - прообраз оператора У; t - текущее время.

Если х(0 соответствует определенная точка Хп из множества X, то в предлагаемой постановке конкретное значение образа оператора у(0 соответствует оному из термов. К этому терму относится не единственное значение ут е У, а несколько смежных значений с ут. Если процесс наблюдения х(0 является мониторингом, то последовательности 2к+1 отчетов у(1) в диапазоне

Ут-с ’Ут-с-1 ’ '• •’ Ут ’ • "’Ут+с-1 ’Ут+с ^ У ^ ЯВЛЯется количественной оценкой одного из термов соответствующей лингвистической переменной. Таким образом, наряду с количественным соответствием X —» У, при рассмотрении операторного преобразования (1), следует также анализировать и соответствие У —> Ь , где Ь - множество термов лингвистической переменной, аналогом которой является у(0. Назовем Р оператором фаззи-фикации наблюдаемого динамического процесса, аналогом которого являются значения образа y(t) регистрируемых значений функции х(0:

где - аргумент, характеризующий соответствие 2к+1 значения ут в диапазоне от ут с до ут+с терму /(5) текущего значения времени t в момент регистрации.

Положим, что фаззификация наблюдаемого динамического процесса представляет собой такое двойное преобразование регистрируемой динамической функции х(^

Под наблюдаемым динамическим процессом (переменной) будем понимать одномерный случай изменения величины х(^, а под процессом наблюдения - регистрацию значений хп е х(1). Количество с!х различных значений х(У) или дискретных отсчетов определяется физическим порогом различимости с1; так, что и — \,2. с/х — \,с/х. По аналогии количество ^ различных значений y(t) определя-

ется потребительским порогом различимости^ . Поэтому

По отношению к лингвистической переменной /(я) наблюдаемого процесса нельзя говорить о соответствующем пороге различимости, так как для нее справедливы не количественные, а логические оценки. Однако можно утверждать, что количество ее термов равно с/х, а значения уп е у / являются количественной оценкой соответствующей лингвистической переменной /(я).

Таким образом, можно заключить об аналогии бальных оценок [9] лингвистическим переменным. В системах, где такие оценки используются, можно перейти от определенного субъективизма эксперта к точному количественному анализу результатов наблюдений на основе фаззификации измеряемых данных. В результате можно получить решение задачи определения физической различимости наблюдаемого динамического процесса по потребительской различимости, задаваемой бальной оценкой.

Физически эта система должна быть построена по современной сетевой технологии [10]. Она представляет собой сеть компьютеров и микроконтроллеров, которые управляют процессами измерения и регистрации данных. Каждому измерительному каналу системы выделяются вычислительные ресурсы физического уровня. На логическом уровне обработка данных осуществляется при помощи локальной вычислительной сети бортовых компьютеров. Развитие системы предполагает сопряжение бортовой локальной сети с внешней глобальной вычислительной сетью. Собственно интерактивный мониторинг обеспечивает как телематический комплекс регистрации дорожных данных (ровность, сцепные качества, геометрия дороги), так и видеосистема слежения за дорожной ситуацией [11].

1. Zade L.A. The concept of linguistic variable

and its application to approximate reasoning. Part 1, 2, 3 // Information Sciences, n.8 pp. 199-249, pp. 301 - 357; n. 9 pp. 4380,1965.

2. Обработка нечеткой информации в систе-

мах принятия решений / А.Н. Борисов, А.В. Алексеев, Г.В. Меркурьева и др. -Москва: Радио и связь, 1989. - 304 с.

3. Гринев С. Нечеткая логика в системах

4. Темников Ф.Е. Теоретические основы ин-

формационной техники. - М.: Энергия, 1971. - 424 с.

5. Алексеев В.О. Мобильный вычислитель-

ный комплекс для мониторинга среды движения // Автомобильный транспорт . 2002. - №9. - С. 101-104.

6. Петров Б.Н., Петров В.В., Уланов Г.М. и

др. Информационные основы теории систем управления с обратными связями // В кн. Техническая кибернетика. - М.: ВИНИТИ, 1973. - С.5-78.

7. Алекаев В.О., Костюченко С.М., Неронов

С.М., Суярко Ю.М. Про принципи роз-робки мехатронних систем // Вюник ХДАДТУ.- 2001. - Вип. 15-16. -С.140-143.

8. Алексеев В.О. Интеллектуальный монито-

ринг дорожных машин // Вестник ХНАДУ. - Харьков. ХНАДУ, 2004. -Вып. 27. - С. 201-203.

9. Сиденко В.М. Методы оценки качества ав-

томобильных дорог. - К.: УкрНИИНТИ, 1977. - 57 с.

10. Алексеев В.О. Мониторинг динамических

характеристик колесных машин // В кн. Устойчивость колесных машин против заноса в процессе торможения и пути её повышения. - Харьков: ХНАДУ, 2006. -С.288-342.

11. Методолопя штелектуального мошто-

рингу руху наземних транспортних засобiв / Договiр №09-53-04 з МОН Украши № держреестр. 0104U002050, ХНАДУ, 2006.

Рецензент: А.В. Бажинов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 10 июля 2007 г.

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-52970

Материалы: http://cyberleninka.ru/article/n/interaktivnaya-sistema-monitoringa-kachestva-avtomobilnyh-dorog