УДК 629.067:629.783

ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР СКОРОСТНОГО РЕЖИМА МОБИЛЬНОГО ОБЪЕКТА В УСЛОВИЯХ ДЕФИЦИТА ИНФОРМАЦИИ

Аралбаев Т.З., Сарайкин А.И., Хасанов Р.И.

ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург

В статье представлены результаты исследования и выбора скоростного режима мобильного объекта в условиях дефицита визуально-навигационной информации.

Ключевые слова: дефицит информации, мобильный объект, выбор скоростного режима

При проектировании геометрических характеристик дорог изначально закладываются такие скоростные режимы и траектории движения мобильных объектов (МО), которые обеспечивают наилучшую безопасность участников движения [1, 4]. Однако, выбранная кривизна дороги в любом случае характеризуется уровнем аварийности, особенно, при различных условиях видимости или сезонных изменениях на дороге. В условиях дефицита информации и сильных помех зачастую становится невозможно определить местоположение МО, выбрать безопасную скорость и траекторию движения относительно границ дороги. Дорожно-транспортная статистика только подтверждает актуальность указанной проблемы. Одним из способов решения указанной проблемы является привязка к заранее оцифрованной границе дороги с использованием автономного вычислительного координатора траектории движения МО.

Исследованию влияния комплексных показателей геометрических характеристик дорог на безопасность движения посвящены труды Н.П. Орнатского, В.В. Сильянова, В.В. Чванова [4], А. Полуса [5]. Полученные рекомендации предлагают разделять дороги на категории в зависимости от их кривизны, устанавливать скоростные ограничения на каждую категорию и рекомендовать мероприятия по организации дорожного движения. Исследованию влияния скоростных режимов МО, дорожных условий на безопасность движения посвящены труды В.Ф. Бабкова, В.В. Новизенцева [2], В.В. Сильнова, Т.З. Аралбаева [1]. Рекомендации позволяют выбирать скоростные режимы МО с учётом состояния дорожного полотна согласно принятой в России классификации автомобильных дорог.

Не смотря на проводимые исследования в данной области, статистика дорожно-транспортных происшествий [1, 2, 4] показывает, что в условиях дефицита визуальной информации указанные рекомендации не достаточно обеспечивают безопасность движения. Как следует из рассмотренных работ [1, 2, 4, 5], концепция управления движением МО в условиях дефицита информации должна основываться на современных достижениях науки и техники, а не только на веру в опыт и требуемые значения показателей психофизиологических характеристик участников движения.

Целью работы является повышение активной безопасности МО в условиях дефицита визуально-навигационной информации с использованием автономного вычислительного координатора траектории движения МО.

Для достижения поставленной цели выполнены следующие задачи:

1) Разработана концепция исследования и управления движением МО в условиях дефицита визуально-навигационной информации. В основу исследовательской части концепции включены этапы:

- построения имитационной модели скоростного режима при изменении геометрических характеристик дороги;

- определения экстремальных скоростных режимов МО при наличии погрешностей доступной информации.

В настоящей работы представлены результаты первого этапа.

Концепция базируется на использовании автономного вычислительного координатора, который определяет вектор положения МО на дороге, расстояния до левой и правой границ дороги, управляет движением МО в зависимости от геометрических характеристик участка дороги, который заранее оцифрован с использованием специализированного мобильного стенда [1], а информация о дороге загружена в оперативную память бортового компьютера.

2) Разработана и исследована имитационная модель управления движением МО на различных графических примитивах, представленных на рисунке 1, и оцифрованных реальных участков дорог.

Модель предназначена для исследования и выбора скоростных режимов МО в условиях дефицита информации на различных графических примитивах оцифрованных участков дорог. При этом дорога рассматривается, как протяженный в пространстве объект, границы которого оцифрованы с требуемой дискретностью.

Выбор имитационного подхода обусловлен следующими причинами: аналитические методы исследования имеются, но составляющие их математические процедуры очень сложны и трудоемки; имитационный подход позволяет исследовать поведение системы во времени и в геометрическом пространстве; модель используется также для предсказания так называемых «узких» мест в алгоритме управления МО.

Исходными данными модели являются: графические примитивы оцифрованных участков дорог; координаты начального положения первого и второго навигаторов, расположенных, соответственно, на передней и задней частях кузова МО, и определяющие базу МО; дискретность получения навигационных данных; скорость движения МО; коэффициент масштабирования по времени; требуемая дистанция до края дороги, которой должен придерживаться МО. Выбор траектории движения МО осуществляется исходя из геометрических характеристик протяженного объекта и требуемого скоростного режима МО.

Рисунок 1 – Графические примитивы участков дорог:

(а) – прямая линия; (б) – окружность; (в) – спираль; (г) – sweep-сигнал

В основе математического описания модели лежат геометрические зависимости перемещения МО вдоль линии оцифрованной границы дорожного полотна с использованием преобразований в двумерной системе координат.

Выбор графических примитивов, представленных на рисунке 1, обусловлен характерными типами трасс автомобильных дорог с геометрической точки зрения. Представленные примитивы применялись по порядку, от простых линий к сложным изгибам, для оценки адекватности имитационной модели.

На рисунке 2 представлены графики пройденного пути в зависимости от базы и скорости движения МО до момента отклонения от запланированной траектории, когда транспортное средство выходит за разрешенные границы дорожного полотна.

(а)

(б)

(в)

Рисунок 2 – Графики зависимостей пройденного пути в зависимости от базы и скорости движения МО до момента отклонения от запланированной траектории для графических примитивов:

(а) – спираль; (б) – sweep-сигнал; (в) – окружность

В работе рассматривались следующие примитивы участков дорог: спираль, окружность, прямая, sweep-сигнал.

Как видно из рисунков 2 (а) – (в), для выбора скорости движения МО необходимо руководствоваться геометрической сложностью плана трассы автомобильной дороги, чем сложнее её топология и рельеф – тем ниже должна быть скорость движения транспортного средства.

Применение имитационного подхода позволило сократить временные и стоимостные затраты, связанные с проведением натурных экспериментов. Исследование модели на примитивах оцифрованных границ дорог позволяет перейти для использования на реальных планах трасс автомобильных дорог Оренбургской области.

Разработанная модель представлена в виде программного средства [3] и функционирует под управлением операционных систем семейства Windows. К достоинствам разработанного программного средства следует отнести:

- возможность масштабирования по времени проводимых вычислительных экспериментов для ускоренного или замедленного просмотра их результатов;

- наличие базы графических моделей примитивов участков дорог;

- возможность модификации исходного кода программы с учетом совершенствования алгоритма управления движение МО в условиях дефицита информации.

Программа ориентирована для проектирования и исследования систем компьютерной поддержки водителя, подсистем автоматического управления движением МО с учётом геометрических характеристик протяженных в пространстве объектов.

Полученные результаты позволяют производить привязку скоростного режима МО к конкретному участку маршрута, рекомендовать безопасный скоростной режим МО, выявлять опасные участки на этапе планирования маршрута, производить строительство дорог с учетом экстремальных скоростных режимов МО.

Литература

1. Аралбаев, Т.З. Управление скоростным режимом автомобиля на основе средств оперативной оценки состояния дорожного полотна: монография / Т.З. Аралбаев, Р.И. Хасанов. – Уфа: Академия наук РБ, «Гилем», 2012. – 146 с.

2. Новизенцев, В.В. Анализ аварийности при наезде транспортных средств на дорожные ограждения / В.В. Новизенцев, А.С. Сидорова // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2011. – № 1. – С. 6 – 10.

3. Свид. о рег. прогр. ср-ва № 956 «Имитационная модель управления движением мобильного объекта в условиях дефицита информации» / А.И. Сарайкин, Т.З. Аралбаев, Р.И. Хасанов, Р.Р. Галимов; заявитель и обладатель Оренбургский гос. университет. – зарег. 17.04.2014.– 8024 Кбайт.

4. Чванов, В.В. Влияние комплексных показателей кривизны плана трассы дорог на безопасность движения / В.В. Чванов // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2003. – № 4. – С. 9 – 12.

5. Pulus, A. The relationship of Overall Geometric Characteristics to the Safety to the Level of Rural Highways / А. Pulus // Traffic Quarters. – 1980. – Vol. XXIV. – № 4.