DOI: 10.12731/wsd-2015-4-23 УДК 65.011.56
АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СИСТЕМЫ ПОМОЩИ ВОДИТЕЛЮ «SYSTEM HELP»
Васюгова С. А., Николаев А.Б.
Цель данной статьи заключается в анализе возможностей системы помощи водителям «System help», которая основана на технологии беспроводной коммуникации между транспортными средствами. Новизна статьи заключается в анализе и исследовании системы «System help» с использованием натурной модели, реализованной с использованием конструкторского комплекса LEGO MINDSTORMS и контроллера EV3. Система «System help» может быть использована в перспективных разработках интеллектуальных транспортных систем (ИТС), так как способна определять и предотвращать возможные или уже случившиеся чрезвычайные ситуации на дорогах.
Метод, на котором основана работа данной системы, заключается в оперативном обмене сообщениями между транспортными средствами (ТС) и своевременном определении опасных ситуаций.
В рамках исследования проводится эксперимент по организации коммуникации между двумя транспортными средствами, роль которых выполняют роботы на приводных платформах.
По результатам эксперимента был сделан вывод, на основе которого подтверждается эффективность применения системы «System help» на транспортных средствах.
Ключевые слова: интеллектуальная транспортная система; чрезвычайная ситуация; система помощи водителю; контроллер EV3; взаимодействие.
ANALYSIS AND RESEARCH OF OPPORTUNITIES OF SYSTEM OF THE HELP TO THE DRIVER OF «SYSTEM HELP»
Vasyugova S.A., Nikolaev A.B.
The purpose of this article consists in the analysis of opportunities of system of the help to drivers of «System help» which is founded on technology of wireless communication between vehicles. The novelty of this paper lies in the analysis and study of the system «System help» using full-scale model implemented using the design of complex LEGO MINDSTORMS and controller EV3. System «System help» can be used in the future development of intelligent transport systems (its), as it is able to detect and prevent potential or already happened emergencies on the roads.
The method, which relies on this system is in the operational exchange of messages between vehicles (TC) and timely identification of dangerous situations. The study conducted an experiment on the organization of communication between the two vehicles, whose role is performed by robots on the operating platforms.
By results of experiment the conclusion on the basis of which efficiency of use of System help system on vehicles is confirmed was drawn.
Keywords: intellectual transport system; emergency situation; system of the help to the driver; EV3 controller; interaction.
Структура системы «System help»
Идея данной системы заключается в оценке окружающей обстановки путем сбора информации, поступающей с внешних датчиков на бортовой компьютер транспортного средства и принятии решений по воздействию на исполнительные механизмы ТС, а также информированию всех активных участников дорожного движения. Под активными участниками движения понимаются те транспортные средства, с которыми возможен физический контакт (столкновение, касание и т.д.).
Существует два основных уровня действий. Уровень 1 описывает ситуацию, когда в результате возникновения ЧС происходит действие, при котором водитель самостоятельно обнаруживает проблему и предпринимает решения по ее самостоятельному предотвращению. Если водителю не удается ликвидировать проблему, то контроль над ситуацией переходит системе «System help». На втором уровне система проверяет степень опасности при ЧС, после чего происходит действие, при котором система производит вычисления на основе полученных данных и формирует управляющие и информирующие сигналы, которые выдаются на исполнительные и информационные механизмы ТС. В зависимости от класса опасности, система выбирает метод по ее предотвращению.
На рисунке 1 представлен общий алгоритм работы системы «System help».
ВЫЧИСЛЕНИЕ МЕТОДОВ ПРЬДОТВРАЩЕНИЯ ОПАСНОСТЕЙ
ФОРИИРО ВАНИЕ СИГНАЛОВ
/ ВЫДАНА
/ ИНФОРМИРУЮЩИХ
-/ И УПРАВЛЯЮЩИХ
СИГНАЛОВ НА / СИСТЕМЫ ТС (l-.il
Рис. 1. Общий алгоритм работы системы «System help»
Система постоянно получает данные с внешнего оборудования (датчики, камеры и т.д.), после чего обрабатывает данные и сравнивает результат обработки с переменной W, которая являет-
ся условием опасности. Если наличие опасности подтверждается, то система определяет количество возможных или существующих опасностей и классифицирует их. После этого система, согласно классу и количеству опасностей, производит вычисление методов и способов по их предотвращению. После всех вычислений формируются управляющие и информирующие сигналы, которые выдаются на информационные и исполнительные механизмы ТС. Если наличие опасности не подтверждается, то система заново опрашивает внешнее оборудование и обрабатывает полученную информацию.
На рисунке 2 изображена схема работы системы взаимодействия и информирования ТС.
Математическая модель системы «System help»
Допустим, что количество возможных или имеющихся случаев ЧС будет принято за параметр P. Тогда параметр классификации случая ЧС принимаем за параметр Z. Также, существует неизвестная зависимость: р * : Р ^ Z.
Значение данной зависимости известно только при конечном вычислении системой «System help»:
Pi = {(pi,zi)}, где i = 1. . к.
Система «System help» вычисляет количество произошедших и/или количество возможных случаев ЧС, после чего относит их к определенному классу.
Далее введем преобразование: s: Р ^ Z, которое может точно и правильно классифицировать параметр Z, z £ Z.
РАДАР
ЕЛОК СБОРА ДАННЫХ С ЙНЁШНИИ УСТРОЙСТВ
СЗР5/ гланлес
БЛОК ПРОВЕРКИ МЕСТОПОЛ ОЖЕНИ А
БЛОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ИДЕНТИЧНЫХ СИСТЕМ И УЧАСТНИКОВ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ИЛИ ВОЗМОЖНОЙ чс
пго< ПРЕО&РЛ^ОВАНИЛ
> г
БЛ ВЗАИМО.Л СЕ □К ействия
ГРАФИКА
ТЕКСТ
КОД
ЗВУКОВЫЕ СИГНЙЛН аиБРОсигндлы ДР.
ИНФОРМАЦИЯ
6ЛОК ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В УПРАВЛЯЮЩИЕ И ИНФОРМИРУЮЩИЕ СИГНАЛЫ
1 г
елок выдач и инФОрмли УПРАВ.ПЯЮЩИ т СИГНАЛОВ НА ИОННЫЕ и Е МЕХАНИЗМЫ С
Рис. 2. Схема работы системы взаимодействия и информирования ТС
■р» сл
Определяем набор необходимых действий по воздействию на условия ЧС, рекомендуемые системой «System help», как функцию от количества и типа ЧС: F(P, Т) ^ R, где: P - количество случаев ЧС; T - тип (класс) ЧС; R - комплекс мер по предотвращению ЧС.
(Re, V1, V2) £ R,
где: Re - рекомендуемые действия, которые хранятся в базе данных системы; V1 - данные, на основе которых формируются управляющий/предупреждающий сигал для ТС1; V2 - данные, на основе которых формируются управляющий/предупреждающий сигнал для ТСь
Эксперимент по организации коммуникации между двумя транспортными средствами
Эксперимент заключается в моделировании ситуации на перекрестке, на котором находятся два транспортных средства, расположенных на разных участках дороги (рис. 3). Транспортное средство «1» должно проехать перекресток в прямом направлении. Транспортное средство «2» должно проехать перекресток, повернув налево.
Мы смоделируем распространенную ситуацию на дороге, когда один из участников движения выехал на перекресток при красном сигнале светофора, рискуя столкнуться с другими участниками дорожного движения. Роль автомобилей будут выполнять два робота.
Рис. 3. Перемещение роботов, согласно условиям эксперимента
Роботы разработаны на основе конструкторского комплекса LEGO MINDSTORMS, с использованием контроллера EV3. Как только расстояние до какого-либо объекта будет менее 20 см (в нашем случае транспортные средства - роботы), движение робота «2» принудительно блокируется системой и робот прекращает перемещение, после чего отправляет сигнал роботу-нарушителю «1», после чего тот, останавливается. В смоделированных условиях, необходима остановка сразу двух ТС: ТС нарушителя (автомобиль «1») и ТС, которое двигается по правилам (автомобиль «2»). После остановки система робота «2» посылает системе робота «1» информационное сообщение о нарушении правил проезда данного перекрестка. Также, робот «2» подаст на систему робота «1» управляющий сигнал, который вернет его на свою полосу движения. Коммуникация между роботами осуществляется при помощи Wi- Fi блока, встроенного в контроллер. Таким образом, мы моделируем проезд перекрестка на основе коммуникации между транспортными средствами.
Для каждого робота были разработаны программы с использованием среды программирования LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Было поставлено три эксперимента с изменением расстояния до транспортного средства. Это было сделано для получения полной информационной картины по данному эксперименту, а также, для выявления возможных погрешностей в срабатывании системы. Данные эксперимента для автомобиля «1» представлены в таблице 1.
Таблица 1
Данные эксперимента для автомобиля 1
Расстояние, см Время от обнаружения препят- Отклонение от линии Расстояние, на котором начала
ствия до полной остановки, срабатывать
остановки, сек см система, см
10 1 0,2 9,5
20 1 0,1 19,8
30 1 0,2 29,7
Данные эксперимента для автомобиля «2» представлены в таблице 2.
Таблица 2
Данные эксперимента для автомобиля 2
Расстояние, см Время от обнаружения препятствия до полной остановки, сек Отклонение от линии остановки, см Расстояние, на котором начала срабатывать система, см
10 0,99 0,1 9,4
20 0,99 0,1 19,9
30 0,99 0,2 29,9
Т.к. все погрешности несущественны, то они не представляют угрозы для правильной работы системы. Все эксперименты были проведены успешно, и ни один из роботов не столкнулся с другим.
Заключение
Все поставленные задачи эксперимента были успешно выполнены. Из этого следует вывод, что разработка и внедрение системы коммуникации между транспортными средствами является очень действенным и эффективным средством в борьбе по уменьшению количества аварий на дорогах.
Список литературы
1. Всемирная организация здравоохранения. URL: http://www. who.int/violence_injury_prevention/road_safety_status/report/ru/ (дата обращения 10.02.2015).
2. Межотраслевой журнал навигационных технологий. URL: http://ves
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.