Инструментальная база для исследования режима

№1 (90) 2015
Исследования, конструкции, технологии
УДК 004.9:629.067: 629.783
Инструментальная База Для Исследования Режима
Позиционирования Мобильного Объекта В условиях
Дефицита Информации
Р. И. Хасанов, к. т. н. / А. И. Сарайкин, асп. / Т. З. Аралбаев, д. т. н., проф.
Оренбургский государственный университет
Окончание. Начало в № 6 (89), 2014 г.
Для исследования режимов позиционирования МО также разработана имитационная модель. Модель представлена в виде программного средства [7] и функционирует под управлением операционных систем
семейства Windows.
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 определяющих базу МО; погрешность и дискретность получения навигационных данных; скорость движения МО; коэффициент масштабирования по времени; требуемая дистанция до края ДП,
которой должен придерживаться МО.
Выбор траектории движения МО осуществляется
программой автоматически, исходя из геометрических
характеристик протяжённого объекта и требуемого
скоростного режима МО. В результате работы ИБ формируются графики пройденного пути в зависимости
от погрешности доступной информации, базы и скорости движения МО до момента отклонения от запланированной траектории.
На рис. 3 представлен график зависимости пройденного пути от погрешности навигационной информации
и скорости движения МО для графического примитива
«спираль».
Полученные результаты позволяют производить привязку скоростного режима МО к конкретному участку
маршрута, рекомендовать режим работы средств спутниковой навигации и скоростной режим МО.
На рис. 4 в качестве примера представлена схема
маршрута движения МО по трассе P-314 (707 км, Оренбургский район) с обозначенной привязкой скоростного
режима МО к конкретному участку ДП.
Скоростной режим МО был определён с помощью
имитационного моделирования, в котором учитывались
геометрия трассы, база МО, дискретность и погрешность навигационных данных. В вопросе исследования
режима позиционирования МО главной задачей является выбор угла поворота рулевого колеса МО на величину α для дальнейшего безопасного движения
на расстояние lбез. Следует понимать, что МО находится
в условиях отсутствия видимости границ ДП, например,
в ночное время с неисправной системой головного освещения.
На этапе имитации рассматриваемый МО движется
с постоянной заданной скоростью разгона и торможения, поэтому вопросы инерционности не рассматри-
Рисунок 3.
График зависимости
пройденного пути от погрешности навигационной
информации и скорости
движения МО для графического примитива
«спираль»
5
6
№1 (90) 2015
Исследования, конструкции, технологии
вались. Принято допущение, что поворот МО на требуемый угол α осуществляется мгновенно.
Представленные результаты имитационного моделирования получены для МО с величиной базы, равной
3 метрам, дискретность получения навигационных данных составляет 10 Гц, погрешность работы ССН — 60 см.
Требуемое расстояние до края обочины, которой должен придерживаться МО, составляет 1 метр.
Применение имитационного подхода позволило сократить временные и стоимостные затраты, связанные
с проведением дорогостоящих натурных экспериментов. Исследование модели на графических примитивах
позволяет перейти к использованию на реальных планах трасс автомобильных дорог.
Для решения третьей задачи разработана методика
выбора рекомендуемого коридора движения МО с учё-
Рисунок 4. Результаты имитационного моделирования движения МО с обозначенной привязкой скоростного режима к конкретному участку ДП
Журнал автомобильных инженеров
том оценки вероятности наезда на край обочины автомобильной дороги.
Для разработки рекомендаций авторами проведены
следующие исследования:
– с использованием бортовой системы сбора, регистрации и цифровой обработки траектории движения МО [1] получены статистические данные параметров маршрута кольцевого участка дороги по трассе
P-314 (707 км, Оренбургский район);
–
рассчитаны
оценки
вероятностей
наезда МО на край обочины автомобильной дороги и построены гистограммы их распределений.
На рис. 5 представлена схема выбора рекомендуемого
коридора движения МО с учётом оценки вероятности
наезда на край обочины автомобильной дороги.
Точки M1 и M2 обозначают местоположения антенн подсистемы спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS, пунктирная линия от точки M2 до столбца гистограммы позволяет
определить оценку вероятности съезда МО за пределы
обозначенных границ дороги с учётом метрологической
погрешности навигационного оборудования. Прямоугольник в центре проезжей части представляет собой рекомендуемый коридор движения МО для минимизации вероятности его съезда с трассы в условиях плохой видимости.
Расстояния l1 и l2 обозначают полученный экспериментально диапазон разброса данных навигационного оборудования относительно левой и правой границ дорожного полотна. Расстояния l3 и l5 обозначают ширину одной полосы
и обочин автомобильной дороги вне населённых пунктов
согласно ГОСТ Р 52399–2005 [4], ширина l4 = 1 650 мм соответствует ширине транспортного средства ВАЗ‑21140,
используемого в натурных экспериментах.
Алгоритм выбора рекомендуемого коридора движения МО состоит из следующих этапов:
1. Зарегистрированные векторы координат границ ДП подвергаются сглаживанию, производится построение гистограмм распределений вероятностей отклонений координат от сглаженной линии;
2. В бортовой системе МО задаётся дискретность получения навигационных данных и погрешность средств
спутниковой навигации — R1 и R2;
Рисунок 5. Схема выбора рекомендуемого коридора движения мобильного объекта
7
8
№1 (90) 2015
Исследования, конструкции, технологии
Рисунок 6. Схема отображения параметров движения мобильного объекта на индикаторе бортовой системы
3. В процессе движения МО водитель использует показания бортовой системы для определения отклонений от рекомендуемого коридора движения с учётом
геометрических характеристик ДП, базы МО, дискретности и погрешности получаемых навигационных данных.
Экспериментальные работы по сбору, регистрации
и цифровой обработке траектории движения МО выполнены на различных участках дорог, в частности на автомобильных трассах P-314 и P‑316, на автодроме ОГУ
и на участке загородного шоссе Оренбурга.
Инструментальная база адаптирована к использованию на мобильном компьютере типа ноутбук, установленного в автотранспортном средстве.
На рис. 6 представлена схема отображения параметров движения на индикаторе бортовой системы.
Пользователь обладает возможностью задавать разрядность ширины дороги и величину шага приращения
пройденного пути МО, цветовое исполнение и яркость
основных сегментов индикатора, перечень отображаемых
навигационных и эксплуатационных параметров МО и ДП.
Инструментальная база позволяет в реальном масштабе времени обрабатывать векторы координат положения МО от спутниковой навигационной подсистемы,
определять положение (ориентацию) МО по расстояниям до оцифрованных границ ДП. Инструмент реализован в объектно‑ориентированной среде программирования Borland Delphi 7.0. Для работы с программным
обеспечением необходим компьютер с тактовой частотой не менее 1 600 Гц и оперативной памятью не менее 512 Мб, установленной операционной системой
семейства Windows не ниже Windows XP. Результаты
работы ИБ сохраняются в базе данных, расположенной
в директории установленного пакета программ, также
предусмотрена возможность передачи результатов
в другие программы путём экспорта данных в Excel.
К достоинствам инструментальной базы следует отнести следующие:
· регистрация и экспресс-обработка сигналов производится в автоматизированном режиме в непосредственной близости к исследуемому объекту — эксплуатируемому МО, что позволяет повысить точность
измерений в результате исключения использования
в измерительных каналах промежуточных преобразователей и сокращения линий связи, осуществлять
одновременно визуальный и аппаратурный контроль
параметров МО по маршруту следования, реализовать благодаря модульной структуре бортовой систе-
Журнал автомобильных инженеров
мы МО по алгоритмам и временным характеристикам
режимы проведения исследований;
· ИБ позволяет повысить внешнюю информативность МО за счёт компьютерной поддержки водителя
при демонстрации эксплуатационных параметров и траектории движения МО, а также использовать её в качестве бортового самописца. Представленный инструментарий совмещает в себе функции маршрутного
компьютера, приборной панели и навигационной подсистемы ГЛОНАСС/GPS с детальным отображением положения МО относительно оцифрованных границ ДП;
· ИБ ориентирована также на проектирование и исследование систем активной безопасности МО, подсистем автоматического управления движением МО с учётом геометрических характеристик протяжённых
в пространстве объектов. Имеется возможность масштабирования по времени проводимых вычислительных экспериментов для ускоренного или замедленного
просмотра их результатов и возможность модификации
исходного кода пакета прикладных программ.
Инструментальная база используется в учебном процессе как учебный научно-методический материал
для подготовки студентов и аспирантов направлений,
связанных с построением специализированных информационно-навигационных систем, на кафедре вычислительной техники и защиты информации ФГБОУ ВПО
«Оренбургский государственный университет». Полученные результаты могут быть рекомендованы для применения при создании систем компьютерной поддержки водителей, а также при управлении МО в условиях
дефицита информации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1.
Аралбаев Т. З., Сарайкин А. И., Хасанов Р. И. Система оцифровки траектории движения мобильного объекта с использованием средств спутниковой навигации // Компьютерная
интеграция производства и ИПИ-технологии: сб. докладов. — Оренбург, 2013. — С. 96–100.
2.
Аралбаев Т. З., Сарайкин А. И., Хасанов Р. И. Исследование
и выбор скоростного режима мобильного объекта в условиях дефицита информации // Trends of Modern Science: сб. докладов. — Sheffield, 2014. — Vol. 26. — P. 48–52.
3.
ApFlEx — программное обеспечение анализа и визуализации данных инерциальной системы: оф. сайт ООО «ТекНол» [Электронный ресурс]. URL: http://teknol.ru/products/
software/apflex/ (дата обращения: 25.08.2014).
4.
Геометрические
элементы
автомобильных
дорог.
ГОСТ Р 52399–2005. — М.: Стандартинформ, 2006. — 13 с.
5.
Программное обеспечение ООО «НПО “Регион”»: оф. сайт
ООО «НПО “Регион”» [Электронный ресурс]. URL: http://
www.nporegion.ru/programmnoe-obespechenie.html (дата обращения: 25.08.2014).
6.
Прикладная программа «Моделирование параметров
движения мобильного объекта на дорожном полотне»:
оф. сайт университетского фонда электронных ресурсов
ОГУ [Электронный ресурс]. URL: http://ufer.osu.ru/index.
php?option=com_uferdbsearch&view=uferdbsearch&action=d
etails&ufer_id=835 (дата обращения: 25.08.2014).
7.
Прикладная программа «Имитационная модель управления
движением мобильного объекта в условиях дефицита информации»: оф. сайт университетского фонда электронных
ресурсов ОГУ [Электронный ресурс]. URL: http://ufer.osu.
ru/index.php?option=com_uferdbsearch&view=uferdbsearch&
action=details&ufer_id=956 (дата обращения: 25.08.2014).
8.
Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02–85*. СП 34.13330.2012. — М.:
ЗАО «СоюздорНИИ», 2012. — 97 с.
9