Визначення дальності видимості дорожніх об’єктів в темну пору доби при експертизі дорожньо-транспортної пригоди

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту

Визначення дальності видимості дорожніх об'єктів в темну пору доби при експертизі ДТП

Кужель Володимир Петрович

Харків - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Кашканов Андрій Альбертович, Вінницький національний технічний університет, доцент кафедри автомобілів та транспортного менеджменту.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, доцент Шаша Ігор Костянтинович, Харківський національний університет внутрішніх справ, начальник кафедри тактико-спеціальної підготовки навчально-наукового інституту підготовки фахівців міліції громадської безпеки;

кандидат технічних наук, доцент Ксенофонтова Вікторія Анатоліївна, Севастопольський національний технічний університет, доцент кафедри автомобільного транспорту.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.С. Наглюк

Анотація

автотехнічний експертиза транспортний фара

Кужель В.П. Визначення дальності видимості дорожніх об'єктів в темну пору доби при експертизі ДТП. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2008 р.

Дисертацію присвячено визначенню дальності видимості дорожніх об'єктів в світлі автомобільних фар з метою поліпшення експертиз ДТП, які сталися в темну пору доби в умовах неточності вихідних даних, за рахунок розробки математичної моделі на основі теорії нечітких множин.

Визначені задачі автотехнічної експертизи при аналізі механізму ДТП, що дало можливість виявити недоліки існуючої експертної методики.

В результаті теоретичних і експериментальних досліджень запропоновано удосконалену методику визначення дальності видимості об'єктів на дорозі враховуючи комплексний взаємозв'язок наступних факторів впливу: прозорість атмосфери, розташування перешкоди на дорозі відносно осі руху автомобіля, коефіцієнт засліплення, рівень завантаження автомобіля, освітленість дороги, тривалість роботи водія за кермом, контраст розрізнення об'єкта з фоном, гострота зору водія, навіть в умовах неточності початкових даних, які занесені в удосконалені протоколи ДТП.

Ключові слова: видимість, фара, освітлення, дорожня обстановка, темна пора доби, експертиза.

Аннотация

Кужель В.П. Определение дальности видимости дорожных объектов в темное время суток при экспертизе ДТП. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - эксплуатация и ремонт средств транспорта. - Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2008 г.

Диссертация посвящена определению дальности видимости дорожных объектов в свете фар автомобилей с целью улучшения экспертиз ДТП, которые произошли в темное время суток в условиях неточности исходных данных, за счет разработки математической модели на основе теории нечетких множеств.

Определены задачи автотехнической экспертизы при анализе механизма ДТП, что дало возможность определить недостатки существующей экспертной методики. При анализе существующей методики автотехнической экспертизы дорожно-транспортных происшествий выявлено, что она основана на проведении дорожного эксперимента непосредственно на месте ДТП или при аналогичный условиях. Проведение дорожных экспериментов требует значительных материальных и человеческих затрат, привлечения высококвалифицированных специалистов. Была произведена оценка основных факторов влияния на работоспособность и эффективность автомобильных фар, проведена структурная идентификация нечеткой модели определения дальности видимости. Потому для разработки математической модели была составлена нечеткая база знаний и получена обучающая выборка путем проведения натурных экспериментов по разработанным схеме и методике, была произведена параметрическая настройка модели.

В результате теоретических и экспериментальных исследований предложена усовершенствованная методика определения дальности видимости объектов на дороге учитывая комплексную взаимосвязь следующих факторов влияния: прозрачность атмосферы, размещение препятствия на дороге относительно оси движения автомобиля, коэффициент ослепления, уровень загрузки автомобиля, освещенность дороги, продолжительность работы водителя за рулем, контраст различения объекта с фоном, острота зрения водителя, даже в условиях неточности исходных данных, внесенных в усовершенствованные протоколы ДТП.

В работе описаны результаты выполненных дорожных исследований по определению дальности видимости тест-объектов: светоотражателя, пешеходов в светлой, темной одежде и в одежде со светоотражающими элементами. Была проведена серия специально спланированных натурных экспериментов с автомобилями: Opel Astra G; Chery Amulet; Daewoo Lanos, Sens; ВАЗ - 11183, 11193, 2170, 2110, 2111, 2112, 2115, 2114, 2113, 21099, 21093; ЗАЗ-110307-42, 110207-40, 110557-51. В ходе дорожных исследований использовался люксметр Ю116 для измерения освещенности, которую обеспечивают автомобильные фары. Средняя относительная погрешность прогноза модели после проведения параметрической идентификации не превышала 10,4%.

Приведен практический пример использования разработанной экспертной системы при расследовании причин ДТП, которое произошло в темное время суток, для принятия решения о технической возможности водителя остановить транспортное средство на границе видимости дорожной обстановки чтобы избежать или уменьшить тяжесть ДТП; по материалам происшествия была определена дальность видимости пешехода на дороге и на основании полученного значения рассчитана безопасная скорость движения автомобиля в конкретных дорожных условиях.

Таким образом, была разработана экспертная система, основанная на усовершенствованной методика определения дальности видимости дорожных объектов в темное время суток. Более точное определение дальности видимости, основываясь на данных усовершенствованных протоколов ДТП, повышает качество проведения автотехнической экспертизы, за счет повышения объективности принятия решения экспертом, без необходимости проведения дорожных исследований непосредственно на месте ДТП.

Ключевые слова: видимость, фара, освещенность, дорожная обстановка, темное время суток, экспертиза.

Summary

Kuzhel V.P. The estimation of road objects distance visibility during the nighttime for traffic accidents expertise. - Manuscript.

The thesis to get a scientific degree of Cand. of Tech. Sci. in speciality 05.22.20 - maintenance and repair of vehicles. - Kharkov National Automobile and Highway University, Kharkov, 2008.

The thesis is devoted to road objects distance visibility estimation in the light of automobile headlights to improve the expertise of traffic accidents, which happens during the nighttime at input data inexactnesses conditions at the expense of mathematical model developing using the theory of fuzzy logic.

The engineering expertise problems during traffic accidents mechanisms analysis for existing methods faults disclose are determined.

As a result of theoretical and experimental researches the improved methods of road objects distance visibility estimation granting complex interconnection of such influence factors: atmosphere transparence, road object location in regard to automobile motion axis, blindness coefficient, automobile loading level, road luminosity, driver working period, object recognition contrast with background, visual acuity of driver even at input data inexactnesses conditions entered in the perfected protocols is offered.

Key words: visibility, headlight, luminosity, road situation, nighttime, expertise.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Одним з основних параметрів, що визначає ефективність світлових систем автомобілів є дальність видимості об'єктів на дорозі в темну пору доби. Саме цей параметр визначається при розслідуванні механізму ДТП, а порівняння його значення з відстанню, на якій знаходився транспортний засіб (ТЗ) від місця наїзду в момент виникнення небезпеки для руху дає висновок про технічну можливість водія уникнути пригоди.

Складність і неоднозначність визначення дальності видимості людиною постійно стимулюють вдосконалення системи освітлення автомобілів в напрямку вирішення проблеми створення високоефективних фар. Але для вирішення цієї проблеми необхідне всебічне вивчення характеру розповсюдження і зорового сприйняття світла автомобільних фар, створення нових сучасних методик оцінювання їх ефективності в різноманітних умовах експлуатації, що дозволить створити математичні моделі і алгоритми функціонування для визначення ефективності сучасних систем освітлення.

Крім того, створення математичних моделей для визначення дальності видимості об'єктів на дорозі в темну пору доби дозволить вирішити надзвичайно важливі проблеми проведення автотехнічних експертиз ДТП та підвищення об'єктивності прийняття рішень експертом-автотехніком.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в рамках досліджень з вдосконалення методологічних принципів та інженерних методів виявлення причин транспортних пригод та передумов до них згідно з пріоритетними напрямками розвитку науки і техніки на період до 2006 року, які визначені в Законі України від 11 липня 2001 року № 2623 - ІІІ „Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки” та основних напрямків державної політики у сфері безпеки на автомобільному транспорті, затвердженої Міністерством транспорту та зв'язку у 2006 році, „Державної програми забезпечення безпеки руху на автомобільних дорогах, вулицях міст, інших населених пунктів і залізничних переїздах на 2003-2007 роки” схваленої розпорядженням Кабінету Міністрів України від 29 січня 2003 р. №56 - Р.

Дослідження безпечних режимів руху в темну пору доби, а саме визначення дальності видимості об'єктів на дорозі, виконувались відповідно до науково-дослідної тематики кафедри „Автомобілі та транспортний менеджмент” Вінницького національного технічного університету (ВНТУ) в рамках договору № 18/7 від 21 січня 2004 року про творчу співдружність між кафедрою „Автомобілі та транспортний менеджмент” ВНТУ та підприємством ЗАТ „Вінницький таксомоторний парк” і являється частиною вирішення проблеми підвищення безпеки руху транспортних засобів згідно нормативних документів та актів України про дорожній рух. Методологічний та статистичний матеріали використано в рамках договору № 18/8 від 22 січня 2007 року про наукову співпрацю між кафедрою „Автомобілі та транспортний менеджмент” ВНТУ та Науково-дослідним експертно-криміналістичним центром при УМВС України у Вінницькій області.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - поліпшення автотехнічної експертизи ДТП за рахунок визначення дальності видимості дорожніх об'єктів в темну пору доби в умовах неточності та невизначеності вихідних даних.

Для досягнення поставленої мети потрібно вирішити такі завдання:

оцінити основні фактори впливу на працездатність та ефективність автомобільних фар, провести структурну ідентифікацію математичної моделі визначення дальності видимості;

обґрунтувати вибір комплексу параметрів для визначення дальності видимості тест-об'єктів на дорозі в темну пору доби;

розробити базу знань та отримати навчаючу вибірку шляхом проведення натурних експериментів за розробленими схемою та методикою, виконати параметричну ідентифікацію математичної моделі;

удосконалити на основі розробленої математичної моделі методику визначення дальності видимості об'єктів на дорозі та навести приклад її застосування при розслідуванні ДТП в темну пору доби.

Об'єкт дослідження - процес функціонування системи „водій - автомобіль - дорога - середовище” при визначенні видимості дорожньої обстановки в темну пору доби.

Предметом дослідження є комплекс заходів щодо визначення дальності видимості дорожніх об'єктів в темну пору доби з врахуванням кількісних та якісних параметрів, які діють в системі „водій - автомобіль - дорога - середовище”.

Методи дослідження - в роботі використовуються аналітичні (теорія нечітких множин та інтегральне числення) та експериментальні (вимірювання фізичних величин та натурні випробування) методи досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше комплексно враховано новий взаємозв'язок кількісних та якісних факторів впливу системи „водій - автомобіль - дорога - середовище” на видимість об'єктів дорожньої обстановки в світлі автомобільних фар при проведенні експертиз ДТП, які сталися в темну пору доби в умовах неточності і невизначеності вихідних даних, що дозволило удосконалити методику визначення дальності видимості об'єктів на дорозі.

Практичне значення одержаних результатів:

запропонована методика дає змогу визначати дальність видимості об'єктів на дорозі в темну пору доби при освітленні автомобільними фарами на основі інформації протоколу ДТП, враховуючи якісний і кількісний характер основних факторів впливу, без використання спеціального обладнання і проведення натурних експериментів;

використання основних результатів дисертаційної роботи підвищує якість проведення автотехнічної експертизи ДТП за рахунок зменшення суб'єктивності прийняття рішень експертом в умовах неточності і невизначеності вихідних даних. Вони можуть використовуватись при розробці нових методик для проведення експертиз ДТП і рекомендацій щодо вибору безпечних режимів руху автомобілів в темну пору доби відповідно до стану системи «водій - автомобіль - дорога - середовище» (ВАДС).

Результати роботи отримали впровадження в Науково-дослідному експертно-криміналістичному центрі при УМВС України у Вінницькій області, а також у навчальному процесі кафедри „Автомобілі та транспортний менеджмент” Вінницького національного технічного університету.

Особистий внесок здобувача. Всі основні теоретичні і експериментальні результати досліджень, які викладені в дисертації та виносяться на захист, отримані автором самостійно і викладені в роботах, опублікованих без співавторів [9, 12, 13, 14]. У спільних роботах здобувач:

проаналізував методи, принципи та існуючі критерії безпеки для оцінки ефективності автомобільних фар в конкретному випадку [1];

експериментально дослідив за розробленою схемою вплив засліпленості водія на дальність видимості об'єкту на дорозі і вибір безпечних режимів руху автомобілів в темну пору доби [2];

проаналізував фактори, які сприяють підвищенню аварійності в темну пору доби, виконав пошук та аналіз моделей, методів і засобів для дослідження працездатності, діагностування автомобільних фар [3];

дослідив додаткові системи освітлення дорожньої обстановки в поворотах, розробив модель кута повороту автомобільної фари [4];

виконав структурну ідентифікацію дальності видимості дорожніх об'єктів в світлі автомобільних фар, проаналізував підсистеми «автомобіль - фара», «водій - середовище» [5];

дослідив вплив освітленості дорожнього об'єкту та коефіцієнту засліпленості на зміну видимості дорожньої обстановки в світлі фар [6];

розробив схеми та провів натурні експерименти з визначення дальності видимості тест-об'єктів на дорозі в темну пору доби, проаналізував орієнтовні безпечні швидкості руху за конкретних дорожніх умов [7];

розробив базу знань та отримав навчаючу вибірку, виконав параметричну ідентифікацію математичної моделі визначення дальності видимості дорожніх об'єктів в темну пору доби при експертизі ДТП [8];

виконав порівняння освітленості, що створюється автомобільними фарами різних типів, проаналізував причини виникнення ДТП в темну пору доби та недоліки існуючих способів оцінки видимості дороги [10];

розробив математичні залежності для визначення дальності видимості дорожнього об'єкту в залежності від відстані між автомобілями для оцінки засліпленості водіїв фарами зустрічних автомобілів [11].

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідались, обговорювались на таких конференціях: V, VI-ій та VІІІ-ХІ-ій міжнародних науково-технічних конференціях „Автомобільний транспорт: проблеми і перспективи” (м. Севастополь, СевНТУ, 2002, 2003 рр. та 2005-2008 рр.); XXXI-XXXVII-ій науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів Вінницького національного технічного університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області (м. Вінниця, ВНТУ, 2002-2008 рр.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у 14 наукових працях: з них 9 праць опубліковано у наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України, 2 праці опубліковані у збірниках матеріалів міжнародних науково-технічних конференцій, 3 праці опубліковані у збірниках тез доповідей науково-технічних конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, додатків і списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації складає 257 сторінок, у тому числі 74 рисунки на 62 сторінках, 24 таблиці на 32 сторінках і шість додатків на 47 сторінках. Список використаних джерел містить 114 найменувань на 12 сторінках.

2. Основний зміст

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання дослідження, викладені положення, які визначають наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі розглянуто стан питання та проблеми визначення дальності видимості дорожніх об'єктів в темну пору доби. Дослідженню питань діагностування, впливу зовнішніх факторів на зміну форми світлорозподілу фар присвячені фундаментальні роботи ряду вчених: Чіколаєва В.Н., Тюріна В.А., Говорущенка Н.Я., Классона Р.О., Канаєвої Т.В., Дьякова А.Б., Залуги З.Л., Коноплянко В.І., Левітіна К.М., Рябчинського А.І., Шумова А.В., Яшкової-Ржаксинської Е.П., Виноградової Г.С., Буняєва Н.І.

Близько 50% ДТП скоюються в темну пору доби, а число загиблих складає 60% від загального числа травмованих, в той час, коли інтенсивність руху знижується в 3-10 разів в порівнянні з інтенсивністю в денний час.

Деякі причини підвищення небезпеки руху в темну пору доби зрозумілі:

фізична втома, недостатні індивідуальні навички керування автомобілем;

перевищення допустимої швидкості руху;

фізіологічна непристосованість організму людини до праці вночі;

відсутність фізіологічного методу для водіїв на перебудову свого режиму для роботи вночі;

відсутність досвіду і професійних прийомів керування автомобілем, відсутність у свідомості водія повної реальної оцінки нічної дорожньої обстановки, аналогічної керуванню автомобілем вдень.

Але головними факторами зниження безпеки руху в нічний час є різке зниження видимості і осліплення водіїв фарами автомобілів, тому дії водіїв повинні відповідати вимогам п. 12.2., 12.3 Правил дорожнього руху України.

Виділяють дві задачі автотехнічної експертизи для вирішення одного з найголовніших питань експертизи щодо технічної можливості водія зупинити транспортний засіб в межах відстані видимості дороги для уникнення або зменшення важкості ДТП, що сталися в темну пору доби: 1) визначення дальності видимості дорожніх об'єктів; 2) прогнозування безпечної швидкості руху. Кожна із задач експертизи може розглядатися як пошук відображення:

(1)

де - множина факторів впливу для конкретної задачі;

- множина рішень про значення конкретної вихідної величини.

Основні труднощі розв'язування таких задач: 1) прийняття рішення потребує врахування дуже великого числа факторів впливу та дії декількох видів причинно-наслідкових зв'язків; 2) відсутні аналітичні залежності між факторами впливу і певним наслідком, а застосування існуючих методів призводить до значних труднощів через необхідність врахування різнорідних факторів, як кількісних (швидкість), так і якісних (стан дорожнього покриття).

Проведений аналіз існуючих методів, підходів, принципів, які використовуються сьогодні в практиці автотехнічної експертизи, показав їх непристосованість до роботи з якісними та нечіткими знаннями. Найбільш пристосованою для роботи з нечисловими знаннями при визначенні дальності видимості виявилась теорія нечітких множин, яка запропонована Л. Заде і лежить в основі чіткої математичної обробки лінгвістичної інформації.

Другий розділ присвячено методології підвищення ефективності та якості оцінки роботи світлових систем. Специфіка методології обумовлена різноманіттям таких підсистем системи ВАДС: водій (зорові і психологічні параметри), автомобіль (характеристики фар), дорога (характеристики елементів дорожньої обстановки), фізичне середовище (прозорість атмосфери).

Водій. При дослідженнях, які пов'язані з продуктивністю процесу зорового сприйняття дорожньої обстановки, необхідно оперувати поняттям статистично середній водій-спостерігач у відношенні зорових функцій, тобто водій з нормальним зором. Водій здобуває інформацію з зони, яка названа Г. Форбесом, Р. Ванстремом, Б. Кейплзом зоною здійснення дії.

Автомобіль. Зорове сприйняття дорожньої обстановки істотно залежить від типу і конструкції транспортних засобів. Аналіз показав, що методи досліджень активної безпеки автомобілів в темну пору доби нечисленні. Основною вимогою до автомобіля, на якому досліджують світлові прилади, є наявність справної (бажано нової) системи електропостачання (акумуляторної батареї, генератора, реле-регулятора), відповідний стан шин, підвіски і.т.д.

Дорога. При виборі дороги для досліджень основну увагу слід приділяти визначенню коефіцієнта яскравості дорожніх покриттів r. Отже, експерименти проводяться або на дорогах з порівняно світлими цементобетонними (r = 2,3), або на дорогах з порівняно темними асфальтобетонними покриттями (r = 1).

Середовище. Методи досліджень видимості пов'язані з вимірюванням світлотехнічних параметрів середовища - освітленості, прозорості атмосфери і.т.д. В основі вимірювань лежать два методи: візуальний і фотоелектричний.

Проведена структурна ідентифікація моделі, проаналізовані внутрішні та зовнішні фактори впливу на дальність видимості і для дослідження на основі досвіду експертів та розробника обрано вісім факторів впливу, які характеризують водія: B- гострота зору, у.о; T - тривалість роботи за кермом, год.; C- коефіцієнт засліплення, у.о.; автомобіль: G- рівень завантаження, кг; E- освітленість дороги, лк; дорогу, середовище: W- прозорість атмосфери, м; F- розташування перешкоди, м; K- контраст об'єкта розрізнення з фоном, у.о.

Третій розділ присвячено розробці моделі визначення дальності видимості. Для розробки моделі визначення дальності видимості на базі нечіткої логіки було використано ряд науково-методичних принципів:

1. Принцип лінгвістичності рішення та факторів впливу. Рішення (вихідна змінна) та фактори впливу на нього (вхідні змінні) варто розглядати як лінгвістичні змінні з якісними термами («терм» - від англ. «term» - називати). Значенням лінгвістичної змінної є речення природної мови. Приклади лінгвістичних змінних та їх термів: ДАЛЬНІСТЬ ВИДИМОСТІ {низька, нижче середньої, середня}; ВИД ДОРОЖНЬОГО ПОКРИТТЯ {асфальт, асфальтобетон, бруківка}. В прикладах перша змінна відноситься до рішень, а друга до факторів впливу. При використанні функції належності, кожний з лінгвістичних термів можна формалізувати у вигляді нечіткої множини.

2. Принцип лінгвістичності знань. Причинно-наслідкові зв'язки між факторами впливу (причинами) і рішенням (наслідком) записують на природній мові, а потім формалізують у вигляді сукупності логічних висловлювань: «ЯКЩО-ТО, ІНАКШЕ». Приклад таких висловлювань: ЯКЩО прозорість атмосфери = висока І стан і тип дорожнього покриття = сухий асфальт І колір об'єкту розрізнення = світлий І освітленість дороги = висока І засліплення водія = відсутнє, ТО дальність видимості = дуже висока, ІНАКШЕ - ЯКЩО прозорість атмосфери = середня І стан і тип дорожнього покриття = мокрий асфальт І колір об'єкту розрізнення = темний І освітленість дороги = середня І засліплення водія = відсутнє, ТО дальність видимості = середня.

Подібні висловлювання, як правило, формуються на основі протоколів (матеріалів, проведених розслідувань) автотехнічних експертиз з правильними рішеннями або досвіду експертів-автотехніків. Особливість нечітких висловлювань, полягає в тому, що їх адекватність не змінюється при незначних коливаннях умов експерименту. Сукупність висловлювань «ЯКЩО-ТО, ІНАКШЕ» розглядається як набір точок в просторі «фактори впливу - наслідок». Відповідно цим точкам відновлюється поверхня для оцінки рішення при факторах впливу, для яких в базі знань інформація відсутня.

3. Принцип ієрархічності експертних знань. За умови великого числа факторів впливу побудова системи висловлювань про причино-наслідкові зв'язки «фактори впливу (причини) - наслідок» стає занадто важкою через те, що в оперативній пам'яті людини одночасно може утримуватись не більше 72 понять ознак. Тому, слід провести класифікацію вхідних параметрів і побудувати дерево висновку, яке визначає систему знань меншої розмірності.

4. Принцип двохетапного налаштування нечітких моделей. Ці два етапи відповідають відомим в класичній теорії етапам - структурна та параметрична ідентифікації. Перший етап полягає в розробці грубої моделі об'єкту на підставі доступної експертної інформації, яка задається у вигляді нечітких правил «ЯКЩО-ТО». На другому етапі модель оптимізується за допомогою навчаючої вибірки, тобто експериментальних даних «входи-вихід».

Отже, елемент логічного висновку описує залежність між причинами x_i і наслідком y у вигляді системи логічних висловлювань (бази знань) (табл. 1):

Таблиця 1. Фрагмент нечіткої бази знань, з вагами правил до налаштування

№ правила	W	К	F	G	E	C	B	Т		Вага правила
1	W1	K1	F1	G1	E1	C3	B1	Т5	S1	1.000
2	W1	K1	F3	G1	E1	C3	B1	Т5		1.000
3	W1	K1	F3	G1	E2	C3	B2	Т5		1.000
4	W1	K2	F2	G2	E1	C2	B1	Т4		1.000

(2)

де - нечіткий терм для оцінки j - го рівня вихідної змінної у;

- кількість термів для оцінки змінної у;

- нечіткий терм для оцінки вхідної змінної x_i в p - му ряду матриці знань, що відповідає терму ;

- кількість рядків, які відповідають терму ;

- вага експертного правила з номером .

Було прийнято по чотири правила на діапазон, оскільки більша кількість правил може призвести до розмиття найбільш характерних взаємозв'язків між факторами впливу і рішеннями, загальна кількість правил - 32 правила.

Правило, за яким відбувається дискретизація неперервного виходу:

, (3)

де - типи рішень, які необхідно розпізнати.

Визначення функції належності змінної x до нечіткого терму T проводилось на базі моделі:

(4)

де b і c - параметри налаштування: b - координата максимуму функції, c - коефіцієнт концентрації-розтягування функції.

Враховуючи, що операціям у теорії нечітких множин відповідають операції min(max), нечітке рішення має вигляд:

 (5)

Перетворення нечіткого рішення, у чітку форму (дефазифікація) відбувається за принципом «центру ваги»:

(6)

де - нижнє (верхнє) кількісне значення змінної y.

Задача визначення дальності видимості: для кожної комбінації параметрів впливу поставити в відповідність одне з рішень, а потім дефазифікувати його.

Четвертий розділ присвячено аналізу результатів експериментального дослідження та параметричній ідентифікації математичної моделі. Проведено серію спланованих експериментів, за таким алгоритмом:

1. Легковий автомобіль встановлюється передньою частиною уздовж дороги.

2. При роботі двигуна на середніх обертах колінчатого валу вмикається дальнє світло фар, учасники експерименту спостерігають з кабіни як інший учасник зі світловідбивачем рухається від автомобіля, тримаючи світловідбивач в 20 см від землі. Світловідбивач повертається площиною-ребром через крок.

3. В момент виходу учасника експерименту за межі видимості світловідбивача подається сигнал зупинки і визначається прозорість атмосфери для даних умов.

4. Тест-об'єкт віддаляється вздовж правого узбіччя від автомобіля на відстань, яка дозволяє йому залишатися невидимим.

5. Автомобіль зі швидкістю 3-4 км/год наближається до розташованого на дорозі тест-об'єкту. Коли перешкода розрізняється автомобіль зупиняють і заміряють відстань між його передньою частиною і перешкодою.

6. Експерименти пункту № 5 виконуються для тест-об'єктів у світлому та темному одязі, у одязі зі світловідбиваючими елементами.

7. Визначається освітленість дороги та об'єкту на ній.

Проведено сплановані експерименти з автомобілями: Opel Astra G; Chery Amulet; Daewoo Lanos, Sens; ВАЗ-11183, 11193, 2170, 2110, 2111, 2112, 2115, 2114, 2113, 21099, 21093; ЗАЗ-110307-42, 110207-40, 110557-51.

Загальна кількість автомобілів - 50 одиниць. Термін знаходження автомобілів в експлуатації не перевищує 6 місяців. Під час експериментів в автомобілях знаходились 3 спостерігача з гостротою зору 0,9…1,0 у.о. Допоміжні засоби: люксметр Ю116, рулетка, жилет з світловідбиваючими елементами, світловідбивач, крейда, пронумеровані фішки, ліхтар. Кожен експеримент проводився двічі у прямому та зворотному напрямках дороги, а значення дальності видимості вимірювались по 3 рази.

Експериментальні дані дозволили сформувати навчаючу вибірку для тонкого налаштування моделі, яке проводилось з використанням пакету програм FUZZY EXPERT, розробленого на кафедрі комп'ютерних систем управління Вінницького національного технічного університету.

Фрагмент нечіткої бази знань наведений в табл. 2.

Таблиця 2. Фрагмент нечіткої бази знань з вагами правил після налаштування

№ правила

W

К

F

G

E

C

B

Т

S

Вага правила

№ правила

W

К

F

G

E

C

B

Т

S

Вага правила

1

W1

K1

F1

G1

E1

C3

B1

Т5

S1

1.000

17

W3

К4

F3

G1

E2

C1

B2

Т3

… S5

0.950

2

W1

K1

F3

G1

E1

C3

B1

Т5

0.975

18

W4

К4

F3

G2

E2

C1

B2

Т2

0.950

3

W1

K1

F3

G1

E2

C3

B2

Т5

0.950

19

W4

К4

F2

G1

E2

C1

B2

Т2

0.950

4

W1

K2

F2

G2

E1

C2

B1

Т4

1.000

20

W4

К4

F2

G2

E3

C1

B2

Т2

0.950

5

W1

K4

F2

G1

E1

C3

B1

Т5

S2 …

1.000

21

W4

К4

F2

G2

E2

C1

B2

Т2

S6 …

0.950

6

W1

K1

F2

G2

E1

C2

B2

Т5

0.975

22

W4

К4

F3

G3

E2

C1

B2

Т2

1.000

7

W1

K1

F2

G1

E1

C2

B1

Т5

0.975

23

W4

К5

F3

G2

E2

C1

B3

Т2

1.000

8

W2

K2

F2

G2

E1

C2

B1

Т4

0.950

24

W5

К5

F3

G2

E2

C1

B3

Т1

1.000

Запропонована математична модель визначення дальності видимості вперше комплексно враховує кількісний та якісний характер факторів впливу.

Удосконалена методика визначення дальності видимості об'єктів на дорозі в темну пору доби при освітленні автомобільними фарами дозволяє використовувати матеріали з удосконалених протоколів ДТП (в які внесені додаткові графи для кількісних чи якісних значень факторів впливу) без використання спеціального обладнання та проведення експериментів.

Параметри функцій належності після налаштування наведені в табл. 3.

Таблиця 3. Параметри функцій належності після налаштування

Терм	W1	W2	W3	W4	W5	К1	К2	К3	К4	К5	F1	F2	F3	G1	G2
b	169,94	200,0	240,0	260,0	289,96	0,22	0,32	0,51	0,67	0,9	1,07	1,97	7,49	223,48	346,43
c	9,32	4,62	7,0	4,13	23,81	0,45	0,043	0,043	0,056	0,044	3,75	1,19	0,32	71,32	166,56
Терм	G3	E1	E2	E3	С1	С2	С3	В1	В2	В3	Т1	Т2	Т3	Т4	Т5
b	438,5	15,71	25,71	28,57	1,02	1,049	1,125	0,64	0,74	0,97	3,56	4,56	9,14	10,11	11,79
c	166,62	3,25	1,067	5,95	0,0035	0,0057	0,135	0,2	0,1	0,021	0,76	2,48	4,4	4,4	8,0

Виконана перевірка адекватності моделі показала похибку прогнозу, яка не перевищує 10,4% і є задовільною при визначенні видимості (табл. 4).

Таблиця 4. Фрагмент порівняння експериментальних даних та даних моделювання

W	K	F	G	E	C	B	T	S
								експ.	мод.
280	0,7	7,5	167	18	1	1	1	228	234,2
234	0,88	2,5	120	19	1	1	2,5	221	217,4
230	0,79	7,1	90	17	1	0,9	4	197	193,7
230	0,8	7,3	88	17	1	0,9	7	202	204,6
230	0,5	7,2	87	16	1	0,9	3	164	172,6
210	0,8	6,4	105	18	1	0,9	2	182	175,5
249	0,78	7,1	120	16,8	1	0,9	9	203	206,9
180	0,4	7,2	90	17	1,15	0,8	4	59	60,3
224	0,9	7,5	240	22	1	1	2	203	199,6

На відміну від існуючих, удосконалена методика дозволяє зменшити діапазон оцінок експерта до конкретного значення, що дозволяє підвищити об'єктивність прийняття рішень при визначенні дальності видимості.

П'ятий розділ присвячено практичному застосуванню розробленої моделі при експертизі ДТП. Розрахунок дальності видимості об`єктів на дорозі проводився за допомогою розробленої комплексної експертної програми, для якої удосконалено протокол огляду місця ДТП, а саме додано графи для внесення значень вибраних факторів впливу на дальність видимості.

Застосування удосконаленої методики проілюстровано на прикладі реального ДТП: 20.11.2007 р. о 23 год. 35 хв. на 27 км автодороги Вінниця-Бар автомобілем ВАЗ-21099 здійснено наїзд на пішохода, який перетинав проїзну частину дороги. Вихідні дані: ділянка дороги пряма, горизонтального профілю, покриття - сухий асфальтобетон; зустрічних та попутних ТЗ не було; ВАЗ-21099 зі швидкістю 84 км/год рухався в правому ряді з ввімкненим дальнім світлом фар; до наїзду автомобіль рухався без гальмування; пішохід у темному одязі без світловідбиваючих елементів рухався зі швидкістю 8-12 км/год біля лівого краю проїзної частини, а потім розпочав перетин дорожнього полотна.

Відомо: W - прозорість атмосфери - 199,5м; K - контраст об'єкта розрізнення з фоном - 0,1 у.о.; F - розташування перешкоди на дорозі - 1 м; G - рівень завантаження - 160 кг; Е - освітленість дороги - 18 лк; С - коефіцієнт засліплення - 1,0 у.о.; В - гострота зору - 0,8 у.о.; Т - тривалість роботи - 4 год.

Проводиться розрахунок дальності видимості об'єкту на дорозі.

Отже дальність видимості за розробленою методикою складає 80 м. При проведенні дорожнього експерименту була визначена дальність видимості, яка становить 78,4 м. Похибка експертної моделі - 2%.

Водій повинен був керуватися вимогами п. 12.2 та п. 12.3 Правил дорожнього руху України. Допустима швидкість руху автомобіля з умови рівності відстані видимості шляхові зупинки автомобіля:

км/год, (7)

де - дальність видимості, м;

- сповільнення при гальмуванні - 6,7 м/с²;

- час, необхідний для приведення гальмової системи в дію, с:

с, (8)

де - час реакції водія при вирішення питання про відповідність швидкості видимості дороги - 1,0 с;

- час запізнювання спрацьовування гальмової системи - 0,2 с;

- час наростання сповільнення при гальмуванні - 0,4 с;

Максимально допустима швидкість руху, яка відповідає дальності видимості дорожньої обстановки, рівній 80 м, складає 88,8 км/год, що більше швидкості з якою рухався автомобіль ВАЗ-21099. Отже швидкість руху 84 км/год, вибрана водієм автомобіля в даних умовах, відповідає видимості дороги (80 м), а небезпека настала в момент зміни пішоходом напрямку руху.

Таким чином запропонована удосконалена методика та експертна програма дозволяють визначати дальність видимості дорожніх об'єктів на основі інформації з удосконаленого протоколу ДТП, в умовах невизначеності та неточності вихідних даних.

Застосування удосконаленої методики для підвищення безпеки руху в темну пору доби можливе шляхом встановлення безпечних швидкостей руху (табл. 5). Похибка між даними експериментів та моделі не перевищує 10,7%.

Таблиця 5. Орієнтовні (безпечні) швидкості руху для розрізнення тест-об'єктів на дорозі

Тест-об'єкти	Типи ламп в фарах та безпечні швидкості руху, км/год.
	R2	Н7	Н1
	Ближнє світло	Дальнє світло	Ближнє світло	Дальнє світло
	конкретна видимість	конкретна видимість	силуетна видимість	конкретна видимість	силуетна видимість	конкретна видимість
	експ.	мод.	експ.	мод.	експ.	мод.	експ.	мод.	експ.	мод.	експ.	мод.
Тест-об'єкт	64	62	100	101	-	-	98	99,4	-	-	170	168,7
Пішохід у світлому одязі	60	58,7	96	94,8	97	95,9	84	84,2	160	161	145	146,4
Пішохід у темному одязі	45	44,1	77	77,6	68	68,3	55	54,8	120	119	105	103,8
Пішохід у одязі зі світловідби-ваючими елементами	-	-	-	-	76	75,1	64	65,3	128	130	118	118,5

Висновки

Основні наукові та практичні результати, викладені в дисертації, полягають в наступному:

Недоліки більшості існуючих принципів та методів визначення дальності видимості об'єктів на дорозі в темну пору доби при експертизі ДТП полягають у виникненні труднощів при врахуванні всіх комбінацій факторів впливу, які носять якісний та кількісний характер; необхідності проведення дорожніх експериментів на місці пригоди або за аналогічних умов в інший час визначений експертом з залученням висококваліфікованих фахівців.

Використання теорії нечітких множин при побудові математичної моделі дозволило вперше комплексно врахувати кількісний та якісний характер наступних факторів впливу на дальність видимості: прозорості атмосфери за конкретних дорожніх умов, контрасту об'єкта розрізнення з фоном, розташування перешкоди на дорозі відносно осі руху автомобіля, рівня завантаження автомобіля, освітленості дороги, коефіцієнта засліплення, гостроти зору та тривалості роботи водія за кермом.

Розроблена математична модель та удосконалена методика дозволяють спростити трудомісткі процедури дослідження безпечних режимів руху автомобілів в темну пору доби, зменшити час, який витрачається експертом - автотехніком для поглибленого аналізу ДТП, допиту учасників пригоди та свідків, проведення натурного слідчого експерименту на 80%.

Виконані експериментальні дослідження та результати моделювання за настроєною шляхом структурної та параметричної ідентифікацій моделлю з використанням принципів лінгвістичності та ієрархічності вхідних та вихідних змінних дозволяють отримати значення похибки, яка не перевищує 10,4% і є задовільною для практичних розрахунків при визначенні дальності видимості.

Проведені дослідження з визначення дальності видимості об'єкту S_B в залежності від відстані між зустрічними автомобілями S_a показали, що на ділянці S_a = 200 м водії в певній мірі втрачають видимість внаслідок засліплення фарами зустрічних автомобілів, при S_a = 110 м дальність видимості зменшується на 15%, при S_a = 70 м - на 23%.

Отримані експериментальні дані з вимірювання освітленості, яка створюється автомобільними фарами, дають змогу стверджувати, що освітленість інтенсивно зростає при зменшенні відстані до автомобіля з 40 до 10 м та з 70 до 20 м для ближнього, для дальнього світла фар відповідно.

Результати виконаних досліджень дозволяють на основі розробленої методики визначення дальності видимості тест-об'єктів на дорозі проводити оцінку безпечних режимів руху транспортних засобів в темну пору доби, а саме визначати орієнтовні безпечні швидкості руху за даних умов спостереження з похибкою прогнозу, яка не перевищує 10,7%.

Практичне використання основних результатів дисертаційної роботи дасть змогу забезпечити необхідну якість та об'єктивність проведення автотехнічних експертиз ДТП, що сталися в темну пору доби, за рахунок автоматизації процесу визначення дальності видимості дорожніх об'єктів, суттєво зменшити матеріальні затрати на проведення експертизи, скоротити час прийняття рішення про причини виникнення аварійної ситуації.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Кашканов А.А. Принципи та моделі оцінки ефективності автомобільних фар / А.А. Кашканов, В.П. Кужель // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2002. - № 2. - С. 139-143.

2. Кашканов А.А. Вплив засліпленості водія на вибір безпечних режимів руху / А.А. Кашканов, В.П. Кужель // Вісник ВПІ. - 2003. - № 5. - С. 63-66.

3. Кашканов А.А. Аналіз методів і засобів діагностування автомобільних фар / А.А. Кашканов, В.П. Кужель // Вісник СНУ ім. Володимира Даля. - 2004. - № 7(77) (Частина 1). - С. 25-29.

4. Кашканов А.А. Математична модель кута повороту автомобільної поворотної фари / А.А. Кашканов, В.П. Кужель // Автомобильный транспорт. Сборник научных трудов. Выпуск 16 - Харьков: ХНАДУ. - 2005. - С. 207-209.

5. Кашканов А.А. Структурна ідентифікація дальності видимості дорожніх об'єктів в світлі автомобільних фар / А.А. Кашканов, В.П. Кужель, О.Г. Грисюк // Вісник СНУ ім. Володимира Даля. - 2005. - № 6(88). - С. 261-265.

6. Кашканов А.А. Дослідження зміни видимості дорожніх об'єктів в світлі автомобільних фар / А.А. Кашканов, В.П. Кужель // Вісник СНУ ім. Володимира Даля. - 2006. - № 7(101). - С. 108-110.

7. Кашканов А.А. Аналіз ефективності автомобільних фар під час розрізнення тест-об'єктів на дорозі в темну пору доби / А.А. Кашканов, В.П. Кужель // Вісник СНУ ім. Володимира Даля. - 2007. - № 6(112). - С. 138-141.

8. Кашканов А.А. Вплив ефективності світлових систем автомобілів на видимість дорожніх об'єктів та безпечні швидкості руху / А.А. Кашканов, В.П. Кужель // Вісник СНУ ім. Володимира Даля. - 2008. - № 7(125) (Частина 2). - С. 209-213.

9. Кужель В.П. Оцінка дальності видимості дорожніх об'єктів у темну пору доби при експертизі ДТП за допомогою нечіткої логіки / В.П. Кужель // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2008. - № 41. - С. 91-95.

10. Кашканов А.А. Эффективность автомобильных фар: анализ, задания и пути решения / А.А. Кашканов, В.П. Кужель // Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы: Материалы V-ой междунар. науч.-техн. конф., 9 - 14 сентября 2002 г. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2002. - С. 93-99.

11. Кашканов А.А. Исследование влияния расстояния между встречными автомобилями на изменение дальности видимости объекта в темное время суток / А.А. Кашканов, В.П. Кужель // Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы: Материалы VI-ой междунар. науч.-техн. конф., 15-20 сентября 2003 г. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2003. - С. 109-112.

12. Кужель В.П. Ефективність автомобільних фар та їх вплив на безпеку руху в умовах недостатньої видимості / В.П. Кужель // Тези студентських доповідей, рекомендованих до опублікування оргкомітетом XXXI науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області : тези доп. - Вінниця, 2002. - С. 72.

13. Кужель В.П. Оцінка ефективності автомобільних фар за критеріями безпеки / В.П. Кужель // Тези студентських доповідей, рекомендованих до опублікування оргкомітетом XXXII науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області : тези доп. - Вінниця, 2003. - С. 179.

14. Кужель В.П. Удосконалення методики визначення безпечної швидкості руху автомобілів в темну пору доби при експертизі ДТП / В.П. Кужель // Тези доповідей, рекомендованих до опублікування оргкомітетом інституту машинобудування та транспорту XXXVII науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області (Секція автомобілебудування, експлуатації та транспортного менеджменту): тези доп. - Вінниця, 2008. - С. 22-23.

Размещено на Allbest.ru

...