Применение специальных средств интеллектуальных транспортных систем для повышения безопасности дорожного движения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Международный институт дистанционного образования

Магистерская диссертация

на соискание степени магистра техники и технологии

Специальность 1 - 53 81 04 Интеллектуальные технологии в управлении техническими системами

Применение специальных средств интеллектуальных транспортных систем для повышения безопасности дорожного движения

Магистрант

Ю.Н. Нинкина

Руководитель

доцент А.Я. Андреев

Минск 2016



Оглавление

транспортный дорожный движение термокартирование

Введение

1. Развитие транспортного комплекса Республики Беларусь

2. Сокращение дорожно-транспортных происшествий

2.1 Автомобилизация в Беларуси

2.2 Концепция по обеспечению безопасности дорожного движения

3. Погодные условия как риск возникновения аварийной ситуации

3.1 Статистика

3.2 Аналитический обзор литературы. Влияние погодных условий на безопасность дорожного движения

3.3 Особенности дорожной обстановки в разное время года

3.4 Общая характеристика видов и критериев неблагоприятных и опасных погодных явлений

3.5 Предупреждение неблагоприятных погодных условий. Стационарные метеостанции

3.6 Метеорологические дорожно-измерительные станции

3.7 Датчики автоматических дорожных метеорологических станций

3.8 Термокартирование как один из способов определения состояния дорожного покрытия

4. Информирование участников дорожного движения

5. Интеллектуальная транспортная система

6. MATLAB как связующий элемент единой системы

Заключение

Список использованных источников

Приложение



Введение

Ключевая роль в эволюции мировой экономики и расширении международного сотрудничества, развитии транспортной инфраструктуры отводится интеграционным процессам. Интернационализация хозяйственных связей поднимает роль и значение коммуникаций, что в свою очередь приводит к совершенствованию транспорта в целом. Для европейского континента важнейшей задачей наступающего столетия становится создание целостной и сбалансированной системы транспортных коммуникаций, ориентированной на взаимовыгодное сотрудничество государств. На повестке дня стоят вопросы формирования единой транспортной системы, согласованного развития транспортной инфраструктуры и транспортного машиностроения, создания международных транспортных коридоров и логистических систем, совершенствования транспортного законодательства, упрощения погранично-таможенных процедур. Увеличение объема пассажиров и грузов в новом столетии неизбежно будет превышать рост мирового производства. В связи с этим транспортные проблемы могут стать в начале XXI в. тормозом мирового развития, препятствием интернационализации мирохозяйственных связей. Поэтому транспорт рассматривается не только как отрасль, обеспечивающая перевозки грузов и людей, а прежде всего, как межотраслевая и межрегиональная система, преобразующая условия жизнедеятельности и хозяйствования.

В современных условиях политика в сфере развития транспортных систем должна адекватно реагировать на изменения, происходящие в сферах международной торговли, информационных коммуникаций, инновационных технологий.

Качественного рывка в транспортной сфере можно достигнуть лишь за счет использования новых технологий обеспечения процессов перевозок, отвечающих современным требованиям и высоким международным стандартам. Это в свою очередь позволит обеспечить повышение эффективности транспортных потоков, снижение непроизводительных издержек и затрат. Новые технологии должны охватывать несколько связующих элементов обеспечения процесса перевозки для повышения безопасности. Барьером при осуществлении перевозок грузов и пассажиров могут стать такие факторы, которые человек может только предугадать и снизить степень их влияния на перевозочный процесс, но не предотвратить. Резкое изменение погодных условий, если не предпринять определенные меры, может привезти к порче груза и транспортного средства и в итоге разорвать звено цепочки логистической услуги.

Интеллектуальные транспортные системы представляют собой тот самый рывок на пути к созданию и предоставлению эффективного комплекса логистических услуг. Инновационные разработки имеют огромное значение в организации перевозочного процесса.

Интеллектуальные транспортные системы построены на основе системной интеграции новейших технологий в области спутниковой навигации, подвижной связи, электронной картографии и вычислительной техники.

Целью работы является создание компьютерной программы, которая в комплексе с другими элементами интеллектуальной транспортной системы позволит снизить аварийность на скоростных автомагистралях при неблагоприятных погодных условиях.



1. Развитие транспортного комплекса Республики Беларусь

Географическое положение предопределило для Беларуси роль транзитной державы, протяженность автомобильных дорог составляет 100 тыс. км. Через территорию Беларуси проходят 2 из 10 международных транспортных коридора:

автомобильная дорога М1/Е30 Брест - Минск - граница Российской Федерации соединяет Германию, Польшу, Беларусь и Россию (Запад - Восток);

автомобильная дорога М8/Е95 граница Российской Федерации - Витебск - Гомель - граница Украины соединяет Финляндию, Литву, Россию, Беларусь, Украину, Молдову, Румынию, Болгарию и Грецию (Север - Юг).

Международный пункт пропуска «Козловичи» - самый крупный грузовой терминал Евразийского союза. В среднем в месяц здесь проходит порядка 550 тысяч тонн груза.

В 2015 году организациями и индивидуальными предпринимателями перевезено 447,4 млн. тонн грузов, наибольшую часть грузов перевез автомобильный транспорт: 180,4 млн. тонн. Объем перевозок пассажиров составил 2 082,7 млн. человек.

По данным Национального статистического комитета первое место по объемам экспорта в 2015 году заняли транспортные услуги с объемом 2 928 млн. USD (рисунок 1). [1]

Рисунок 1. Лидеры экспорт услуг в 2015 году (млн. USD).



Правительство утвердило Государственную программу развития транспортного комплекса Республики Беларусь на 2016-2020 гг. Соответствующее решение закреплено постановлением Совета Министров от 28.04.2016 г. № 345.

В числе основных задач - обновление подвижного состава; повышение скорости доставки грузов и перевозки пассажиров; улучшение инвестиционной привлекательности транспортного комплекса и развитие государственно-частного партнерства; повышение эффективности функционирования транспортного комплекса.

Государственная программа включает четыре подпрограммы по развитию железнодорожного, автомобильного, внутреннего водного и морского транспорта, гражданской авиации.

В результате выполнения госпрограммы планируется увеличить грузооборот транспорта до 106,8% в 2020 г. по отношению к 2015 г. (без учета трубопроводного транспорта).

Таким образом, транспортный комплекс Республики Беларусь занимает исключительно важное место в жизнеобеспечении ее многоотраслевой экономики и реализации социальной политики государства. Устойчивое и эффективное его функционирование является необходимым условием стабилизации, подъема и структурной перестройки всей экономики республики, обеспечения национальной безопасности, улучшения условий и повышения уровня жизни населения.



2. Сокращение дорожно-транспортных происшествий

2.1 Автомобилизация в Беларуси

В Беларуси растёт число транспортных средств. Если в 2005 году было зарегистрировано более 2,7 млн автомобилей, то в 2015 году - 3,9 млн (рисунок 2).

Рисунок 2. Количество автомобилей в личном пользовании в Беларуси на 1000 человек в период 2000-2014 гг. (без учета мотоциклов и прицепов)

Согласно данным по среднему возрасту автомобилей (рисунок 3) белорусы в среднем используют более современные, совершенные и удобные автомобили, и должны в среднем лучше реагировать на возможные аварийные ситуации, снижая их вероятность и тяжесть последствий. Однако, этого не происходит.

Для сравнения, количество автотранспорта на руках у литовцев намного выше, чем у белорусов (последние данные - 617 авто на 1000 человек, то есть в два раза больше, чем в Беларуси), а средний возраст автомобиля - намного больше. При этом количество ДТП, хотя и одно из самых высоких в Европе, но заметно ниже, чем в Беларуси: около 10 ДТП на 100 000 человек (в Беларуси --14)‚а если в транспортных средствах (далее ТС), то 0.2 на 1 000 ТС (в Беларуси 0.4 и на одну тысячу ТС). Следовательно, проблема не в возрасте и количестве транспорта.

Рисунок 3. Средний возраст автомобилей по странам

По количеству смертей в ДТП на 1 миллион жителей наша страна близка к Чехии, Польше и Швейцарии.

Основную группу риска смерти, получения травмы и инвалидности в результате дорожно-транспортных происшествий составляют дети и молодежь.

Таким образом, количество ДТП выражается обычной формулой, в которой представлены многие аспекты человеческой деятельности: важен средний возраст автомобиля, их количество на душу населения, состояние дорог и образованность пешеходов.



2.2 Концепция по обеспечению безопасности дорожного движения

Главой государства Республики Беларусь в 2005 году была поставлена задача Совету Министров совместно с Государственным секретариатом Совета Безопасности разработать Концепцию обеспечения безопасности дорожного движения (далее Концепция) в Республике Беларусь. Разработанная концепция была утверждена постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 14 июня 2006 г. № 757. В 2015-м закончилась реализация данной Концепции.

Основной задачей Концепции являлось снижение в 2015 году по сравнению с 2005 годом общих потерь в дорожном движении не менее чем на 25%, в том числе сокращение не менее чем на 500 человек числа погибших в дорожно-транспортных происшествиях.

В рамках программы реализации Концепции были разработаны региональные программы повышения безопасности дорожного движения в Республике Беларусь и комплексы мероприятий по их реализации.

Инженерные мероприятия оказывают самое непосредственное влияние на стабилизацию обстановки с аварийностью. При этом их реализация должна быть неотъемлемой частью дорожной безопасности еще на стадии проектирования.

В ходе реконструкций и ремонтов автодорог дорожными организациями при взаимодействии с Госавтоинспекцией на основании анализа аварийности и результатов обследований участков концентрации ДТП принимались меры по внедрению следующих мероприятий:

строительство транспортных развязок с пешеходными связями;

устройство пешеходных связей в пределах населенных пунктов, а также на подходах к ним, автобусным остановкам, пешеходным переходам;

разделение пешеходных и транспортных потоков путем строительства пешеходных переходов в разных уровнях;

устройство наружного освещения в пределах населенных пунктов, автобусных остановок, пешеходных переходов, а также на подходах к ним;

разделение встречных потоков путем установки удерживающих дорожных ограждений на разделительных полосах;

установка направляющих дорожных ограждений;

увеличение пропускной способности с увеличением числа полос движения;

устройство велопешеходных дорожек;

минимизация количества мест для выполнения маневров левого поворота и разворота, характеризующихся высокой степенью опасности, а также выделение право- и лево-поворотных полос;

устройство краевых и осевых линий горизонтальной дорожной разметки из термопластичных материалов с шумовым эффектом;

использование дорожных знаков (информационных табло) переменной информации и др.

Внедрение вышеописанных мероприятий позволило добиться значительного сокращения дорожно-транспортных происшествий (далее ДТП).

В 2015 году на улично-дорожной сети Минской области количество погибших в результате ДТП должно было быть снижено до 299 человек (от 426 человек в базовом 2005-м).

За 10 лет на территории Минской области наблюдались годы роста числа погибших в ДТП по отношению к предшествующим периодам (2006, 2008, 2010 гг.). Начиная с 2010 года наблюдается устойчивое снижение числа погибших в ДТП (от 357 в 2010 году - 336 - 276 - 236 - до 217 в 2014 году).

В 2015 году совершено 891 ДТП (-76 к 2014 году, или -8%), в которых 189 (-28, или -13%) человек погибло, 930 (-63, или -6%) получили ранения различной степени тяжести (рисунок 4).

Самые аварийные районы - Березовский, Лунинецкий, Ляховичский и Каменецкий в Брестской области, Минский, Смолевичский и Пуховичский вблизи столицы, Полоцкий - в Витебской области, а также города Речица и Житковичи в Гомельской области.

Рисунок 4. Изменение количества погибших в ДТП граждан в период 2005 по 2015 год в Минской области

В целом по республике, в 2005 году количество ДТП составляло более 7,7 тыс., причём в них погибло 1673 человека, в 2015 году в Беларуси произошло 4151 ДТП, в которых погибли 664 человек. Иными словами, за 10 лет количество дорожно-транспортных происшествий сократилось в 1,85 раза, а число погибших уменьшилось более чем в 2,5 раза. Количество погибших в ДТП в 2015 году соответствует уровню 1968 года.

Таким образом, поставленных целей по сокращению смертности на дорогах согласно Концепции удалось достигнуть и перевыполнить.



3. Погодные условия как риск возникновения аварийной ситуации

3.1 Статистика

Согласно статистике (источник ГАИ г. Минска) количество ДТП, произошедших во время неблагоприятных погодных условий составляет треть от всего количества ДТП (таблица 1-3, рисунок 5-6).

Таблица 1. Распределение ДТП и пострадавших по погодным условиям в 2014-2015 гг.

	ДТП	Погибло	Ранено
	2014	2015	%	2014	2015	%	2014	2015	%
Ясно	2869	2568	-11,3	473	378	-20,1	3120	2749	-11,9
Пасмурно	1243	1211	-2.6	213	229	7,5	1305	1259	-3,5
Дождь	286	271	-5.2	44	35	-20,5	293	297	1,4
Снегопад	42	48	14,3	4	5	25,0	46	55	19,6
Туман	53	31	-41,5	14	11	-21,4	63	41	-34,9
Прочее	30	22	-26,7	9	6	-33,3	27	23	-14,8
Всего	4550	4151	-8,8	757	664	-12,3	4854	4424	-8,9

Таблица 2. Распределение ДТП по погодным условиям (2015 г.)

Погодные условия	Количество ДТП (2015 год)	% от общего количества ДТП
Ясно	2568	61,9
Пасмурно	1211	29,2
Дождь	271	6,5
Снегопад	48	1,2
Туман	31	0,7
Прочее	22	0,5
Всего	4151	100



Рисунок 5. Распределение ДТП по погодным условиям в 2015 году

Таблица 3. Распределение ДТП и пострадавших по состоянию проезжей части дороги

	ДТП	Погибло	Ранено
	2014	2015	%	2014	2015	%	2014	2015	%
Сухое	3129	2797	-10,6	535	436	-18,5	3328	2971	-10,7
Мокрое	1225	1161	-5,2	189	187	-1,1	1307	1250	-4,4
Снежный накат	19	9	-52,6	3	0	-100,0	22	10	-54,5
Гололедица	26	31	19,2	8	10	25,0	31	29	-6,5
Заснеженное	44	59	34,1	4	6	50,0	48	64	33,3
Противогололедный материал при снежном накате	48	29	-39,6	7	8	14,3	51	35	-31,4
Противогололедный материал при гололеде	51	58	13,7	8	16	100,0	57	59	3,5
Загрязненное	1	0	-100,0	0	0		1	0	-100,0
Свежеуложенная поверхностная обработка	0	0		0	0		0	0
Обработана вяжущими материалами	2	2	0,0	3	1	-66,7	3	1	-66,7
Прочее	5	5	0,0	0	0		6	5	-16,7
Всего	4550	4151	-8,8	757	664	-12,3	4854	4424	-8,9

Рисунок 6. Распределение ДТП по состоянию проезжей части дороги в 2015 году



3.2 Аналитический обзор литературы. Влияние погодных условий на безопасность дорожного движения

Существует большое количество литературы, где описываются риски попадания в ДТП. Все эти факторы риска можно разделить на следующие группы:

Факторы, влияющие на уровень риска (экономические; демографические; мероприятия в области городского планирования, в т. ч. влияющие на продолжительность времени в пути или на выбор способа передвижения; соотношение высокоскоростного движения с уязвимостью пользователей дорог);

Факторы риска, влияющие на попадание в аварию (превышение скорости; алкогольное или наркотическое опьянение; усталость; езда в темное время суток; факторы, связанные с транспортным средством, -- тормозная система, общее техническое состояние, уход; недостатки в конструктивном решении дорог; недостаточная видимость, обусловленная состоянием окружающей среды; плохое зрение участников движения).

Факторы риска, влияющие на тяжесть аварии (степень выносливости человека; превышение скоростного режима; неиспользование ремней безопасности, защитных шлемов; наличие в крови алкоголя; недостаточная инженерная обеспеченность дорожных сооружений).

Факторы риска, обусловливающие тяжесть посттравматических осложнений (задержки с выявлением ДТП; пожар; утечка вредных веществ; наличие в крови алкоголя; трудности при спасении людей и при эвакуации; отсутствие адекватной медицинской помощи).

Неблагоприятные погодные условия относятся к факторам риска, влияющим на попадание в аварию. В литературе и других источниках в основном подразумевается гололед, исследуется влияние погодных условий на величину коэффициента сцепления шин с дорожным покрытием. Однако погодные условия могут состоять и из других компонентов, таких как резкий боковой ветер, сильный дождь, туман, что вызывает недостаточную видимость и др.

В литературе уделяется недостаточно внимания комплексу факторов, приводящих к ДТП. Не стоит забывать о водителе, что он в случае, например, гололеда он может снизить скорость и избежать аварии, тем самым возможно сохранить жизнь не только себе. Т.е. в здесь уже возникает другая проблема - несоответствие скорости движения.

Наиболее полно эту проблему описал кандидат технических наук Ю.А. Врубель в книге «Потери в дорожном движении». На рисунке 7 показана зависимость аварийности от средней скорости и условий движения.

Рисунок 7

Видно, что даже при очень высокой скорости (например, 100 км/ч), но при очень хороших условиях, аварийность приблизительно в 20 раз меньше, чем при весьма незначительной средней скорости (например, 30 км/ч), но при плохих условиях (стоянки, пешеходы, общественный транспорт и т.д.). Сюда же можно отнести неблагоприятные погодные условия. Следовательно, вероятность возникновения аварии зависит не только от самой скорости, сколько от ее соответствия условиям движения. Ясно, что в точке «30 км/ч», где условия очень плохие, многие едут намного быстрее, чем это необходимо. И разброс скоростей несопоставимо большой, чем в точке «100 км/ч». Тем не менее, остается неоспоримым тот факт, что причиной ДТП, как правило, является не сама по себе скорость, а ее несоответствии условиям движения. Как, впрочем, и тот факт, что очень хорошие условия, при которых возможны такие высокие скорости движения, являются скорее исключением, чем правилом.

Данную проблему описывают также авторы Дурнев Р.А., Михайлов А.С., Хапалов Е.А. в статье «Оценка влияния погодных условий на аварийность на автодорожном транспорте» (2003). Существуют схожие исследовательские работы в разных уголках мира, например:

Tingvall C. The Zero V ision//In: Transportation, traffic safety and health: the new mobility. -- Proceedings of the 1st International Conference, Gothenburg (Sweden).

Finch D.J. Speed, speed limits and accidents. -- Crowthorne, Transport Research Laboratory.

Reducing injuries from excess and inappropriate speed // European Transport Safety Council, Working Party on Road Infrastructure. -- Brussels

Необходимо уделить большее внимание избеганию влияния погодных условий на дорожное движение, или снижению данного влияния к минимуму с помощью более современных средств коммуникации.

Интеллектуальная система использует инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков, предоставляет конечным потребителям большую информативность и безопасность, а также качественно повышает уровень взаимодействия участников движения по сравнению с обычными транспортными системами. Литературы на данную тему достаточно мало, на территории СНГ данная проблема не поднималась. Впервые о ней открыто сказали на международной выставке Intertraffic Amsterdam 2015.

Таким образом, существующая литература не раскрывает полностью темы взаимодействия всех элементов дорожного комплекса и участников дорожного движения в обеспечении безопасности на дороге во время неблагоприятных погодных условий.

3.3 Особенности дорожной обстановки в разное время года

Изменение погодных условий в разные времена года могут значительно повлиять на дорожную ситуацию.

Лето:

Начало дождя - на грязном асфальте образуется грязевая пленка из пыли, песка, горюче-смазочных материалов, а на раскалённом солнцем асфальте образуется паровая пленка, что резко уменьшает коэффициент сцепления колес автомобиля с поверхностью дороги, и следовательно к увеличению тормозного пути.

Ливень, дождь - вызывают ухудшение видимости, уменьшение коэффициента сцепления, скрывает ямы под лужами.

В таблице 4 представлена зависимость коэффициента сцепления от типа и состояния дорожного покрытия.

Таблица 4. Зависимость коэффициента сцепления от типа и состояния дорожного покрытия

Тип дорожного покрытия	Поверхность
	Сухая	Мокрая
С асфальтобетонным или цементобетонным покрытием	0,7 - 0,8	0,35 - 0,45
С щебеночным покрытием	0,6 - 0,7	0,3 - 0,4
Грунтовая	0,5 - 0,6	0,2 - 0,4
Обледенелая	0,1 - 0,2
Покрытая снегом	0,2 - 0,3

Существует еще более опасное явление, сводящее трение практически к нулю - это гидропланирование (аквапланирование). Сущность его состоит в том, что при достаточно высокой скорости и большой толщине водяной пленки в зоне контакта шин с дорогой появляется водяной клин, отрывающий колеса автомобиля от покрытия. Автомобиль «приседает» на задних колесах, в то время как передние приподнимаются на водяном клине. Автомобиль перестает реагировать на действия водителя за рулем, хотя задние колеса продолжают сохранять сцепление с дорогой. По этой причине автомобиль даже на прямолинейных участках может покинуть свою полосу движения или даже опрокинуться. Слой воды, толщиной несколько сантиметров может вызывать гидропланирование при скорости движения свыше 80 км/ч, особенно при небольшой толщине протектора шины. Поэтому водители стремятся выбрать оптимальную скорость движения в зависимости от конкретных погодных условий.

Туман - видимость значительно снижается, при этом расстояние до предметов кажется больше, чем есть на самом деле.

Дымовые завесы при пожарах - такой же эффект, как при тумане.

Слепящее солнце - ослепление водителя, блики на асфальте.

Ураганный ветер - боковое давление на автомобиль, как следствие - резкое изменение траектории, попадание предметов на лобовое стекло, что может привести к дезориентация водителя.

Весна, осень.

Это очень опасный переходный период, когда погода резко меняется и меняется состояние дорожного полотна. Этот период характеризуется: заморозками, ледяным дождем, внезапным снегопадом, лиственной подушкой на дороге (осенью), перепадом температуры - всё это приводит к резкому и сильному уменьшению коэффициента сцепления колес с дорогой, а в некоторых случаях - ухудшению видимости.

Зима.

Мокрый снег - ухудшение видимости; уменьшение трения особенно сказывается на склонах для тяжеловесных длинномерных автомобилей.

Морозы - обледенение лобовых стекол и боковых зеркал.

Понижение атмосферного давления особенно остро и болезненно ощущают люди, имеющие высокое внутричерепное давление. У них обостряются приступы мигрени. При повышении атмосферного давления ухудшается самочувствие у гипертоников, больных, страдающих бронхиальной астмой, и аллергиков. В дни магнитных бурь происходит наибольшее количество вызовов скорой помощи по поводу гипертонических кризов, инфарктов и инсультов. Поэтому время реакции водителя в таком болезненном состоянии будет только увеличиваться, что будет приводить к увеличению тормозного пути.

Однако, неблагоприятные погодные условия не могут является причиной ДТП, причиной ДТП является неправильно выбранная скорость движения водителем транспортного средства (даже при наличии других сопутствующих факторов типа ограниченной видимости или другое).

Таким образом, необходимо принятие различного ряда мер по ограничению или рекомендации водителем выбора оптимальной скорости движения во время неблагоприятных погодных условий.

3.4 Общая характеристика видов и критериев неблагоприятных и опасных погодных явлений

Общая характеристика видов и критериев неблагоприятных и опасных погодных явлений, учитываемых при планировании работ по зимнему содержанию автомобильных дорог, приведена в таблице 5.

Таблица 5. Общая характеристика видов и критериев неблагоприятных и опасных погодных явлений

Наименование погодно-климатических явлений	Интенсивность явления	Характер воздействия на производственную деятельность	Действия для снижения негативного воздействия
2	3	4	5
Ветер скорость и направление	Более 6 м/с	Нарушение траектории движения транспорта (особенно при повышенной скользкости на дорогах), появление мусора на дорогах	Подготовка аварийных бригад, уборка на дорогах; вывод информации на табло; осмотр дорог; снижение скорости движения
Осадки: жидкие осадки, дождь	0,1 мм и более	Снижение коэффициента сцепления	Информация об ограничении скорости движения. Планирование работ на дорогах
Снег, метель	Более 1-3 мм/час за 12 час. и менее (прирост высоты снега более 2 см)	Образование скользкости на дорогах, заносы на снегозаносимых участках	Организация дорожных работ в соответствии с регламентом
Снежные лавины	Любая в пределах участков дорог	Прекращение движения транспорта	Организация работ предупредительному спуску лавин, расчистка участков дорог от снега
Гололедица (на дорожном покрытии)	Любая	Снижение коэффициента сцепления; потеря маневренности при движении транспорта	Организация и производство работ по ликвидации скользкости; информация об ограничении скорости движения
Гололед (на дорожном покрытии)	Любая (условия образования: температура покрытия ниже 0°С, переохлажденные осадки)	Снижение коэффициента сцепления; потеря маневренности при движении транспорта	Организация и производство работ по ликвидации скользкости Информация об ограничении скорости движения
Снежный накат (на дорожном покрытии)	Любая	Снижение коэффициента сцепления; потеря маневренности при движении транспорта	Организация и производство работ по ликвидации скользкости; информация об ограничении скорости движения
Минимальная температура	Ниже минус 20°С	Ухудшение комфортности при дорожных работах; подготовка техники к работе в условиях низких температур	Учет температурного фактора для планирования работ
Колебания температуры воздуха около 0°С	Переход температуры воздуха через 0°С	Образование скользкости на отдельных участках дорог	Регламентные работы надорогах, ограничение скорости движения, информация водителей
Метеорологическая дальность видимости (при туманах, осадках)	Менее 450 м	Снижение скорости движении, увеличение вероятности ДТП;	Информация водителей
	Менее 150 м	Высокая вероятность ДТП	Ограничение движения, прекращение движения опасных, крупногабаритных и тяжеловесных грузов
	Менее 45 м	Высокая вероятность ДТП	Прекращение пассажирских перевозок
Уровень воды	Критические отметки уровней воды для участков дорог и объектов дорожного хозяйства	Прекращение движения в результате подтопления или затопления объектов	Информация на табло. Организация дежурств возле критических объектов. Принятие мер по защите объектов
Заторы льда	Заторные явления создающие угрозу безопасности объектов дорожного хозяйства	Ограничение и прекращение движения автотранспорта	Информация на табло. Организация дежурств возле критических объектов. Принятие мер по защите объектов

Согласно таблице 5 при возникновении неблагоприятных и опасных погодных условиях предусмотрено снижение максимальной скорости движения транспортных средств для повышения безопасности дорожного движения. Возникает проблема предупреждения таких ситуаций и своевременное информирование участников дорожного движения.



3.5 Предупреждение неблагоприятных погодных условий. Стационарные метеостанции

Составления прогнозов погоды осуществляется в Республиканском центре по гидрометеорологии, контролю радиоактивного загрязнения и мониторингу окружающей среды Минприроды Республики Беларусь (Гидромет).

Работа по составлению прогнозов погоды идет круглые сутки в отделе метеопрогнозов. Первоначально дежурная смена синоптиков изучает последние изменения погоды, а именно анализируют данные крупнейших мировых метеоцентров и приземные карты погоды, которые содержат самые последние изменения. Каждые три часа наблюдатели по всему миру, независимо от поры года, дня недели или времени суток выходят и измеряют метеопараметры на каждой метеостанции. Даже если синоптик уже сделал прогноз, он должен постоянно контролировать ситуацию, чтобы не упустить смену погоды или появление неблагоприятного явления. В этом ему помогает штормовая карта: как только на одной из метеостанций Беларуси какое-то явление достигает критерия неблагоприятного, на карте сразу загорается сигнал (рисунок 8).

Рисунок 8. Штормовая карта

Система работает следующим образом: когда наблюдатель на метеостанции фиксирует неблагоприятное погодное явление, он шлет специальную кодированную телеграмму в Гидромет, здесь она раскодируется, данные автоматически попадают в базу и на карте автоматически включается маячок. Данная карта показывает не только Беларусь, но и ближайших соседей. На карте отображаются такие явления как усиление ветра, ухудшение видимости, гололед и др. Посмотрев, что было с погодой накануне, дежурный синоптик приступает к изучению карт, которые показывают погоду на будущее. Для этого в Минске используется 5 численных моделей - специальных программ, которые вычисляют температуру, количество осадков, распределение давления, ход циклонов и антициклонов. Информация в них обновляется от 2 до 4 раз в сутки. В помощь синоптикам - информация со спутников, при этом используется весь спектр спутниковых данных, которые доступны центру: заключен договор с европейской организацией EUMETSAT, с научно-производственным центром "Планета" Росгидромета и государственным учреждением "Геоинформационные технологии" НАН Беларуси. Информация сверяется с теми данными, которые поступают с метеостанций на местах.

Очень важно при составлении прогнозов учитывать всю информацию - данные численных моделей, метеостанций других государств, прошлые прогнозы, карту штормов, местные особенности. На анализ всех данных у дежурного синоптика уходит не менее 1,5-2 часов, после чего составляется и защищается перед коллегами сам прогноз. Защита - обязательная процедура, на которой присутствует весь отдел. Около десяти часов утра прогноз начинают рассылать во все заинтересованные органы - в первую очередь, в Администрацию Президента, Совет Министров, МЧС и другие ведомства. Работа эта завершается около полудня. Данные обновляются каждые три часа, поэтому надо отслеживать все изменения и корректировать прогноз, консультировать органы государственного управления и других заинтересованных о складывающихся условиях.

В центр телекоммуникаций стекаются все данные с 49 метеостанций страны (рисунок 9), а также дублируется информация спутников. В случае технических проблем здесь находятся дизельные электрогенераторы, которые поддерживают работу центра в случае отключения электричества и иных сбоев.

Рисунок 9. Карта расположения стационарных метеостанций

Площадка метеостанций (рисунок 9) имеет большое количество различных приборов для измерения температуры, влажности, скорости ветра, радиации и т.д. Здесь есть ряд автоматических датчиков, которые передают данные сразу на компьютер специалиста, но есть приборы для измерения вручную. Например: термометры, гигрометры, осадкомер, гололедный станок (по натянутым проводам которого специалист видит - есть намерзание (налипание) мокрого снега или нет.

Рисунок 10. Метеостанция



Таким образом, сбор и анализ погодных условий - это трудоемкий процесс, который занимает достаточно много времени и поэтому требует автоматизации. Так же остается открытым вопрос состояния, например, дорожного покрытия в определенных «проблемных» участках дороги, где нет поблизости метеостанции.

3.6 Метеорологические дорожно-измерительные станции

Кроме стационарных метеостанций вдоль скоростных автомагистралей установлены дорожно-измерительные станции.

Метеорологическая дорожная станция - пункт в системе дорожного комплекса, оснащенный метеорологическим оборудованием для сбора и использования метеорологических данных о состоянии погоды и ее прогнозирования. Расположение станций на территории Беларуси указано на рисунке 11.

Рисунок 11. Карта расположения дорожно-измерительных станций

Основной задачей специализированного метеорологического обеспечения дорожного хозяйства является сбор, анализ метеоданных, полученных с пунктов дорожного метеоконтроля, и прогноз возможности возникновения неблагоприятных или опасных метеорологических явлений, а также прогноз о возможности неблагоприятных условий движения.

Пункты дорожного метеоконтроля (далее ДМК) рекомендуется оборудовать автоматическими дорожными метеорологическими станциями, контролирующие следующие метеорологические параметры и состояния дорожного покрытия:

температуру воздуха;

относительную влажность воздуха;

температуру точки росы;

скорость и направление ветра;

атмосферное давление;

наличие, интенсивность и количество осадков;

метеорологическую дальность видимости;

состояние дорожного покрытия (сухое, влажное, лед, снег, иней);

толщину отложений на покрытии;

температуру дорожного покрытия и дорожной конструкции;

наличие на дорожном покрытии количества и концентрации противогололедных реагентов.

Набор датчиков (рисунок 12) определяется для каждого пункта индивидуально и может меняться в зависимости от общих требований, накопленной базы данных параметров окружающей среды, дополнительных потребностей дорожных подразделений, возникших в процессе эксплуатации системы. В любом случае пункты ДМК предоставляют больше возможностей для предупреждения неблагоприятных погодных условий для участников дорожного движения, чем обычные стационарные метеостанции.



Рисунок 12. Набор датчиков автоматических дорожных метеостанций

Пункт ДМК рекомендуется оборудовать видеокамерами на таких участках автомобильных дорог, как пересечения автомобильных дорог в одном или разных уровнях, затяжные подъемы и спуски, участки с ограниченной видимостью, мосты и путепроводы и т.д.

В Республике Беларусь РУП «Белорусский дорожный инженерно-технический центр» (далее РУП “Белдорцентр”) является ведущей научно-производственной организацией в области строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог и мостов. РУП “Белдорцентр” является головным предприятием Министерства транспорта и коммуникаций по разработке и внедрению информационных технологий, анализу и прогнозированию экономических параметров, диагностике, инженерно-техническому сопровождению и внедрению современных технических систем управления функционированием дорожного хозяйства.

Одним из приоритетных направлений деятельности предприятия является внедрение разработанных учеными предприятия передовых технологий в практику строительства и ремонта дорог и искусственных сооружений.

На сайте РУП “Белдорцентр” можно найти в режиме онлайн информацию о погодных условиях на определённом участке дороги, где установлен пункт ДМК (рисунок 13).



Рисунок 13. Дорожная обстановка, предоставляемая дорожно-измерительной станцией

Таким образом, для повышения безопасности дорожного движения во время неблагоприятных погодных условий рекомендуется использование пунктов ДМК вдоль участков дорог, на которых существует высокая повторяемость опасных и неблагоприятных погодных явлений. Пункты ДМК дают общую и своевременную информацию окружающей обстановки.

3.7 Датчики автоматических дорожных метеорологических станций

Дорожные метеостанции могут комплектоваться различными датчиками в зависимости от климатических особенностей места расположения АДМС на автодороге.

Перечень, основные технические данные датчиков и рекомендации по использованию в дорожных метеорологических наблюдениях приведены в таблице 6.



Таблица 6. Датчики автоматических дорожных метеостанций

Наименование датчика	Диапазон измерения	Использование показаний датчиков для решения задач содержания дорог	Рекомендации по использованию
Датчик скорости ветра	0-75 м/с	При обработке результатов измерений фиксируется максимальное и среднее (за 10 мин) значение скорости ветра. При скорости ветра более 5 м/с возможен перенос снега и снежные заносы	Устанавливается на всех АДМС
Датчик направления ветра	0-360 град	Сведения не являются информативными для участков дороги большой протяженности, так как местные условия оказывают существенное влияние на направление ветра, однако информация может быть использована для оценки степени заносимости участка дороги снегом при метелях и при образовании локальных участков гололеда	Датчик может быть совмещен с датчиком скорости ветра и должен быть установлен на всех АДМС
Датчик давления воздуха	940-1000 ГПа	Анализ изменения атмосферного давления позволяет предсказать мезомасштабные изменения погодных условий, вероятность выпадения осадков	Данные прогнозов об осадках поступают от системы Росгидромета. Датчик может не устанавливаться на всех АДМС. Если его информация используется в дорожной информационной системе, то установка рекомендуется
Датчик температуры воздуха	-58 - +60°С	Важный элемент для прогнозирования условий движения и выбора технологий содержания дорог в зимний период (нормы расхода противогололедных материалов)	Устанавливается на всех АДМС
Датчик относительной влажности воздуха	0-100%	Анализ изменения относительной влажности позволяет анализировать изменение погодных условий и должен использоваться в прогностических моделях, необходим для вычисления температуры точки росы	Устанавливается на всех АДМС
Датчик осадков	-	Измеряются суммарное количество и интенсивность выпадения осадков	Данные датчика следует учитывать при прогнозе скользкости
Датчик метеорологической дальности видимости	0-450 м	Датчики рекомендуется устанавливать в местах наиболее частого образования тумана	Рекомендуется устанавливать для опасных мест (мосты, тр. развязки, места концентрации ДТП)
Датчик определения состояния дорожного покрытия (дорожный датчик)	-58 - +60°С	Датчик позволяет получать информацию о: - температуре покрытия поверхности автодороги; - температуре в конструкции автодороги на глубине 4-7 см. Определяется состояние поверхности автодороги, наличие на нем льда, наличие противогололедных материалов и температуры замерзания отложений, формирование системы тревог и предупреждений	Устанавливается на всех АДМС
Бесконтактный дорожный датчик состояния поверхности дорожного покрытия		При обработке результатов измерений комплекса дорожных параметров, в том числе состояния поверхности дороги, сцепления, раздельно толщины слоя воды, льда и снега, формируется система тревог и предупреждений, а также определяется метеорологическая дальность видимости (до 450 м)	Может устанавливаться на пунктах дорожного метеоконтроля самостоятельно или входить в комплектацию АДМС
Бесконтактный дорожный датчик температуры поверхности дорожного покрытия	-50 - +50°С	Обеспечение измерения температуры поверхности дорожного покрытия, а также температуры воздуха, относительной влажности и точки росы	Может устанавливаться на пунктах дорожного метеоконтроля самостоятельно или входить в комплектацию АДМС

Все датчики, программное обеспечение, иинтерфейс должны представлять надежно работающую единую систему.

Таким образом, датчики автоматических дорожных метеостанций охватывают достаточный диапазон значений для предоставления полной информации о погодных условиях. Технические характеристики датчиков, входящих в состав АДМС приведены в Приложении А.

3.8 Термокартирование как один из способов определения состояния дорожного покрытия

Для прогнозирования состояния дорожного покрытия на участках автомобильной дороги между АДМС может использоваться термокартирование.

Термокартирование - определение пространственных вариаций температуры поверхности дороги и их представление в виде статистически обработанной базы данных. Вариации температуры поверхности автодороги в ночное время в зимний период могут составлять до 10 градусов на протяжении участка длиной около ста километров. Эти изменения связаны с такими факторами, как рельеф местности, мосты, конструкция дорожного полотна, тепловые (городская застройка) и водные (водохранилище, река, море и т.д.) источники.

Температурный профиль дороги рассчитывается относительно мест установки дорожных датчиков. Разность температур позволяет выявить места с пониженной температурой дорожного покрытия, т.е. вероятные места первоочередного образования зимней скользкости. Термокартирование дороги включает в себя данные измерений температуры поверхности дороги на всем протяжении между АДМС. Пример измерения температуры дорожной поверхности с помощью лаборатории представлен на рисунке 14.

Рисунок 14. Пример измерения температуры дорожной поверхности

Термокартирование производится с помощью специальной передвижной лаборатории, оборудованной инфракрасными датчиками, которые позволяют дистанционно в движении производить измерения температуры поверхности дороги.

Информация записывается в банк данных, который используется в системе дорожного погодного мониторинга для корректировки значений температуры покрытия различных участков дороги в зависимости от типа погодных условий и показаний дорожных датчиков.

Таким образом, термокатирование является дополнительным способом определения состояния дорожного покрытия.



4. Информирование участников дорожного движения

Для передачи данных в системе специализированного гидрометеорологического обеспечения дорожного хозяйства должна быть создана подсистема связи, входящая в состав единой автоматизированной системы метеорологического обеспечения. Передача информации с пунктов дорожного метеоконтроля в органы управления дорожным хозяйством и в дорожные подрядные организации рекомендуется осуществлять в автоматическом режиме.

Построение подсистемы связи обуславливается направлениями потоков информации между организациями Белгидрометцентра и дорожными организациями, а также внутри дорожного хозяйства. Для обеспечения передачи гидрометеоинформации и специализированных прогнозов приоритетными являются следующие виды связи: проводная, радиорелейная, спутниковая, радиосвязь современных систем транкинговой, сотовой связи и радиомодемы. Требования к системе связи определены "Концепцией построения единой системы комплексного информационно-телекоммуникационного обеспечения автомобильно-дорожной отрасли".

Техническое обеспечение системы специализированного гидрометеорологического обеспечения дорожного хозяйства включает:

- автоматические дорожные метеорологические станции (АДМС);

- систему связи;

- дорожные видеокамеры;

- специальные дорожные знаки со сменной информацией.

Данные, измеренные АДМС, информируют водителей о погодной ситуации через информационное табло. Различные вариации данной системы представлены на рисунках 15-16.



Рисунок 15. Информационные табло

Рисунок 16. Информационные табло

Дорожно-измерительные станции (далее ДИС) с информационными табло уже используются на дорогах Беларуси. Так, только в Минской области в настоящее время смонтировано 33 ДИС (рисунок 17).

Рисунок 17. ДИС на 14-м км автодороги М2 (Минск - Национальный аэропорт Минск)



На табло имеется возможность вывода (удаленно оператором) информации о температуре покрытия и окружающего воздуха; символов дорожных знаков 1.15 "Скользкая дорога", 1.23 "Дорожные работы", 1.27 "Боковой ветер", 1.30 "Прочие опасности", 1.33 "Гололедица", 1.34 "Затор", 3.24.1 "Ограничение максимальной скорости» (от 10 до 100 км/ч)"; надписей на белорусском и русском языках "Гололед", "Дождь", "Ветер", "Скользко", "Внимание", "Работы", "Авария", "Затор", "Туман". ДИС позволяет водителю точнее оценивать условия дорожного движения и принимать соответствующие меры предосторожности.

Из центральной диспетчерской РУП "Минскавтодор-Центр" сведения от ДИС всей Беларуси в режиме реального времени поступают в ОДС УГАИ УВД Миноблисполкома. Дежурный сотрудник может оценить погодно-метеорологические условия, на отдельных ДИС - с просмотром фотоизображений, а при необходимости принять оперативные меры.

Однако в случае плохих погодных условий в комплексе сопутствующих факторов водителю сложно сориентироваться и принять оптимальное решение, которое будет в том числе безопасно для других участников дорожного движения. На табло сложно вывезти всю необходимую информацию, которая в большом количестве будет трудна для усваивания на высокой скорости. Тем более необходима полная автоматизация процесса, ведь оператор иногда не может быстро реагировать на резкое изменения различных факторов.

Таким образом, информационное табло позволяет информировать водителя о дорожной обставке.



5. Интеллектуальная транспортная система

Интеллектуальная транспортная система (далее ИТС) - это телематическая транспортная система, обеспечивающая реализацию функций высокой сложности по обработке информации и выработке оптимальных (рациональных) решений и управляющих воздействий.

Интеллектуальная система использует инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков, предоставляет конечным потребителям большую информативность и безопасность, а также качественно повышает уровень взаимодействия участников движения по сравнению с обычными транспортными системами.

Интеллектуальные транспортные системы позволяют отслеживать и анализировать состояние и местоположение стационарных и подвижных объектов (автомобилей, речных судов, контейнеров, физических лиц и пр.) во времени и в пространстве, а также осуществлять удаленное управление ими.

ИТС реализуют функции мониторинга, обеспечения безопасности, диспетчерского управления и контроля состояния подвижных объектов. Они позволяют отслеживать и анализировать в режиме "on-line" контролируемые состояния и маршруты движения подвижных объектов на электронных картах-схемах, формировать отчеты об их входах/выходах в заданные зоны произвольной конфигурации, о прохождении контрольных точек маршрутов, отчеты о стоянках и скоростных режимах, о значениях датчиков контроля состояний объектов и другие отчеты. Интеллектуальные транспортные системы позволяют передавать управляющие сигналы на контролируемые объекты.

Для создания единой автоматизированной системы дорожного мониторинга по обеспечению безопасности дорожного движения во время неблагоприятных погодных условий необходима комплексная работа вышеописанных элементов дорожного хозяйства:

Автоматических дорожных метеорологических станций в достаточном количестве и с полным набором необходимых датчиков;

Информационные табло с минимальным набором информации, но достаточным для обеспечения безопасности дорожного движения;

Программным продуктом, позволяющим обеспечивать связь между составляющими элементами;

Контролирующим органом.

На данный момент для осуществления комплексной работы системы отсутствует одно звено - программный продукт, который и представляет собой связующий элемент единой системы. Контролирующий орган выводит на информационное табло информацию в ручном режиме.

Таким образом, интеллектуальная транспортная система представляет собой результат объединения современных технологий моделирования, управления в реальном времени, а также коммуникационных технологий и позволяет решать задачи различной степени сложности.



6. MATLAB как связующий элемент единой системы

Для решения вышеуказанной проблемы необходим программный продукт. Выполнить необходимые функции в значительной степени может MATLAB.

MATLAB (сокращение от англ. «Matrix Laboratory») -- пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноимённый язык программирования, используемый в этом пакете.

Язык MATLAB является высокоуровневым интерпретируемым языком программирования, включающим основанные на матрицах структуры данных, широкий спектр функций, интегрированную среду разработки, объектно-ориентированные возможности и интерфейсы к программам, написанным на других языках программирования.

Программы, написанные на MATLAB, бывают двух типов -- функции и скрипты. Функции имеют входные и выходные аргументы, а также собственное рабочее пространство для хранения промежуточных результатов вычислений и переменных. Скрипты же используют общее рабочее пространство. Как скрипты, так и функции сохраняются в виде текстовых файлов и компилируются в машинный код динамически. Существует также возможность сохранять так называемые pre-parsed программы -- функции и скрипты, обработанные в вид, удобный для машинного исполнения. В общем случае такие программы выполняются быстрее обычных, особенно если функция содержит команды построения графиков.

Основной особенностью языка MATLAB являются его широкие возможности по работе с матрицами. В составе пакета MATLAB имеется большое количество функций для построения графиков, в том числе трёхмерных, визуального анализа данных и создания анимированных роликов.

Встроенная среда разработки позволяет создавать графические интерфейсы пользователя с различными элементами управления, такими как кнопки, поля ввода и другими.

Интерфейс MATLAB представлен на рисунке 18.

Рисунок 18. Интерфейс MATLAB

Для составления программы использовались следующие операторы:

Формирование запроса для ввода с клавиатуры. Функция input выводит на экран запрос и ждет ответа пользователя. Ёе синтаксис выглядит следующим образом:

n = input('запрос')

Функция возвращает введённое с клавиатуры значение. Если пользователь вводит арифметическое выражение, функция вычисляет его и возвращает соответствующее значение.

В данном этапе запрос поступает к оператору, в комплексе с метеостанцией запрос будет автоматически обрабатываться ДИС без участия оператора.

Условный оператор if. Для того чтобы иметь возможность реализовать...