Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

УДК 656.13

ПРОСТОРОВО - ЧАСОВА ОРІЄНТАЦІЯ АВТОТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ В АСУ РУХОМ

Спеціальність 05.22.01 - транспортні системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Гурко Олександр Геннадійович

Харків 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Алексієв Олег Павлович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри електричних систем та комплексів транспортних засобів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Доля Віктор Костянтинович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри транспортних систем;

кандидат технічних наук, доцент Єресов Володимир Іванович, Український транспортний університет, м. Київ, доцент кафедри транспортних систем та маркетингу.

Провідна установа:

Харківська державна академія залізничного транспорту, кафедра автоматики та комп'ютерних систем управління, Міністерство транспорту України, м. Харків.

Захист відбудеться “27” грудня 2001 року о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.03 в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий “26” листопада 2001 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Смирнов О.П.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розвиток транспортного комплексу України нерозривно пов'язаний зі створенням нових та удосконаленням існуючих транспортних систем, засобів та методів автоматизації управління рухом, прогресивних інформаційних технологій управління. Так, для автотранспортних комунікацій необхідне впровадження гнучких автоматизованих систем управління (АСУ) рухом автомобілів, що має на увазі не просте удосконалення процесів, алгоритмів управління рухом, але і створення практично нових інтелектуальних автотранспортних засобів (АТЗ).

Розробки в галузі АСУ рухом транспортних засобів ведуться як в Україні, так і за кордоном. У нашій країні в цьому напрямку працюють такі вчені, як В.П. Поліщук, Е.В. Гаврилов, Ю.С. Лигум та ін. При створенні таких систем доцільно використовувати результати досліджень Ю.О. Абрамова, В.К. Долі, М.Я. Говорущенка, В.В. Сільянова та інших вчених.

Найбільш ефективними є такі системи управління рухом, у яких АТЗ обладнані спеціальними бортовими інформаційними комплексами, що надають водію інформацію про дорожні умови та параметри руху інших АТЗ. Як правило, ці системи автономні. Однак у таких комплексах використовується дуже дороге устаткування, що робить їх вартість співпорівняною з вартістю автомобіля. Крім того, деяке устаткування (наприклад, побудованого на основі звичайної авіаційної гіроскопії) не технологічне за таким показником, як сумісність з універсальними обчислювальними засобами, і до того ж вимагає наявності спеціального джерела живлення. Тому задача удосконалення “старих”, вже існуючих, і створення нових, більш ефективних і дешевих бортових навігаційних комплексів носить досить актуальний характер.

При управлінні як транспортними потоками, так і окремими автотранспортними засобами в АСУ рухом, доводиться простежувати динаміку місця розташування АТЗ відносно транспортної комунікації. При цьому для забезпечення повної інтеграції окремих транспортних засобів у єдину АСУ рухом замість використання особистих підходів до вирішення цієї проблеми необхідно застосувати узагальнений підхід. Це доцільно робити за допомогою автономної навігаційної системи (АНС), яка передає необхідні дані в автомобільний бортовий інформаційно-обчислювальний комплекс (БІОК) та на єдиний центр управління АСУ рухом.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика дисертаційної роботи відповідає завданню створення систем інформаційно-аналітичного забезпечення транспортного комплексу, що є складовою частиною національної програми інформатизації України. Запропоновані рішення є узагальненим результатом робіт, що виконувались у ХНАДУ згідно національної програми розвитку автомобілебудування України (Розділ 7. Електронне обладнання автотранспортних засобів).

Робота виконувалася згідно планів ХНАДУ та Північно-східного наукового центру Транспортної академії України, що спрямовані на рішення задач моніторингу транспортних засобів та комунікацій.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності транспортних систем шляхом створення технологічної, інформативної та економічної підсистеми для визначення місця розташування рухомих об'єктів в АСУ рухом. Для досягнення даної мети вирішені задачі:

- постановка та аналіз задачі просторово-часової орієнтації АТЗ, визначення її місця в АСУ рухом;

- математичне моделювання процесу просторово-часової орієнтації АТЗ;

- створення алгоритму оцінки положення АТЗ за даними його вимірювального комплексу;

- розробка рекомендацій щодо створення вимірювального комплексу АТЗ для рішення задачі визначення їх місця розташування.

Об'єктом дослідження є процес руху АТЗ, а предметом дослідження _ просторово-часова орієнтація АТЗ в транспортних системах.

Оскільки АТЗ мають складну різнорідну структуру, для рішення задач їх аналізу і синтезу в роботі були використані наступні методи дослідження: аналогій, системного аналізу, теорії операторів, а також статистичні методи.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- вперше запропоновано нове рішення задачі просторово-часової орієнтації транспортних засобів для удосконалення організації руху. На відміну від існуючих рішень щодо визначення положення рухомих об'єктів прямими вимірами їх координат, використано опосередковані оцінки зміни параметрів руху. Це дозволяє розробляти універсальні, технологічні, інформативні та економічні підсистеми для управління практично будь-якими транспортними засобами в АСУ рухом;

- дістало подальший розвиток застосування теорії операторів для опису інтелектуальних транспортних засобів в транспортних системах, що практично не можливо зробити, використуючи звичайний математичний апарат;

- удосконалена система загальнотеоретичних вимог щодо створення програмно-апаратного комплексу інтелектуального АТЗ в АСУ рухом.

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновані рішення використані при створенні спеціального електронного устаткування інформаційно-обчислювальних комплексів серії ІОК-ХАДІ, що розроблені у ХНАДУ для оцінки стану транспортних комунікацій. Вони пройшли практичну перевірку в ВАТ по будівництву та реконструкції автомобільних доріг та дорожніх споруд Харківшляхбуд і тресті Дніпрошляхбуд (господарчі договори №39-2-2000, №39-1-2001, договір за державним замовленням №12-53-01). Результати цих досліджень є підставою для формування нового напрямку щодо створення інтелектуальних транспортних засобів у ХНАДУ та НДПІ “Союз”.

Результати дослідження і розробки були використані в ХНАДУ при читанні курсів “Бортові обчислювальні комплекси АТЗ” і “Технічні засоби автоматики”, а також у дипломному проектуванні студентів, що навчаються за спеціальностями 7.092201 “Електричні системи і комплекси транспортних засобів”.

Особистий внесок здобувача у публікаціях із співавторами складає: визначення перспективних напрямків у розвитку автоматизованих систем управління транспортними засобами [1, 3]; формальний опис процесу просторово-часової орієнтації АТЗ на основі теорії операторів [5, 6]; визначення вимог до пристроїв вимірювального комплексу АТЗ та їх основних конструктивних параметрів [2, 4].

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на:

- ІІ і III міжнародних форумах “Радіоелектроніка і молодь у ХХІ столітті” (Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, 1998 і 1999 рр.);

- ІІІ міській науково-практичній конференції “Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих учених Харківщини” (Харківський національний університет, 2000 р.);

- Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми створення нових машин і технологій” (Кременчуцький державний політехнічний інститут, 22-25 травня 2000 р.);

- Міжнародній науково-технічній конференції “Автомобільний транспорт і дорожнє господарство на порозі ІІІ-го тисячоліття” (Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, 16-18 жовтня 2000 р.);

- щорічних наукових сесіях ХНАДУ.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 6 статей у спеціальних наукових журналах, тези міжнародної конференції, отримано 4 патенти України на винахід.

Структура роботи. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел і додатка. Повний обсяг роботи складає 168 сторінок, з них 148 сторінок основного тексту, 12 сторінок списку використаних джерел та 8 сторінок додатків. Робота містить 60 рисунків та 11 таблиць. Список джерел складається з 164 найменувань.

транспортний просторовий часовий орієнтація

Основний зміст роботи

Вступ містить загальну характеристику роботи. У ньому обґрунтована актуальність обраної теми, стан проблеми, визначені мета, задачі і методологічні принципи дослідження, показані наукова новизна і практична цінність отриманих результатів. Визначена доцільність розгляду проблеми просторово-часової орієнтації транспортних засобів в АСУ рухом на прикладі створення інтелектуального АТЗ в автотранспортних системах.

У першому розділі показано, що в транспортних системах для ефективного автоматизованого управління рухом як окремих автомобілів, так і транспортних потоків необхідно вирішувати задачу знаходження координат АТЗ на місцевості або відстані від деякої заданої фіксованої точки, визначення напрямку руху автомобіля, його поздовжнього та поперечного крену, а також зміни цих параметрів у часі. Ця задача вперше визначена як задача просторово-часової орієнтації транспортного засобу.

Зроблено аналітичний огляд існуючих автоматизованих систем управління рухом автотранспортних засобів. На підставі цього аналізу висвітлено переваги і недоліки як бортових та зовнішніх, автономних та неавтономних систем управління рухом. Показано, що найбільш ефективним є комбіноване управління рухом, яке використовує і централізовану АСУ рухом, і засоби космічної навігації і автономні бортові системи. Прикладом таких систем можуть служити RTI і IVHS - технології. Основною ланкою в цих системах є інтелектуальний АТЗ, який обладнаний БІОК. Складовою частиною БІОК є маршрутний комп'ютер, що виконує задачі просторово-часової орієнтації АТЗ автономно або в складі бортової навігаційної системи. На даний час вітчизняна промисловість орієнтована більшою мірою на авіацію і не пропонує бортові навігаційні системи за розумною ціною. Тому досягнення поставленої мети і задач дисертаційної роботи здійснено шляхом створення підсистем і ланок, на основі яких можна створювати автономні системи визначення просторово-часової орієнтації АТЗ в АСУ рухом, більш технологічні за виконанням і економічні за енергоспоживанням. Алгоритм дослідження наведений на рис. 1.

Другий розділ роботи присвячений математичному опису процесу просторово-часової орієнтації АТЗ. Для розв'язання задач просторово-часової орієнтації були використані операторні перетворення у зв'язку зі складністю опису за допомогою звичайних формальних перетворень.

Одним з найбільш характерних параметрів системи просторово-часової орієнтації АТЗ є пройдений шлях L, а також кут напрямку руху (кут нишпорення) і кути поздовжнього і поперечного крену автомобіля. Процес руху автомобіля відбувається в часовому просторі Т, тому, для кожної точки пройденого шляху l_i доцільно ставити у відповідність моменти часу t_i так, що l_i L і t_i T є аргументи складної функції Q(l):

, (1)

де Q - оператор, що здійснює перетворювання прообразу Y(t) в образ Q(l).

Слід відзначити, що Y(t) є як прообразом оператора Q, так і образом оператора, який визначений оператором Y реєстрації даних, що характеризують стани X(t) транспортного засобу за вимірюваним значенням Y(t). Тому основною задачею визначення просторово-часової орієнтації транспортного засобу є визначення параметрів, що характеризують ці стани:

, (2)

де t _ час поточний, - змінна прообразу оператора.

Різні позначення часу і t показують, що процеси X() і Y(t) відбуваються в різних просторах.

Нехай L - множина точок транспортної комунікації, що складається з підмножин L, L, L, зареєстрованих значень поточних параметрів відповідно напрямку руху, поздовжнього і поперечного ухилу АТЗ.

. (3)

Тоді стан АТЗ, тобто його орієнтацію у просторі, можна описати таким чином:

, (4)

де X _ стан об'єкта, X, X, X - характеристики об'єкта в конкретний момент часу (поточні координати, поздовжній і поперечний крен).

Сам процес реєстрації даних у реальному часі для аналізу просторово-часової орієнтації АТЗ, що забезпечує ефективну роботу АСУ рухом, представлений у графічному вигляді на рис. 2.

Якщо оператор Y визначений на множині X функцій X(?) у метричному просторі М_X з областю значень Y функції Y(t) метричного простору М_Y, то можна визначити точки X₀(?) і Y₀(t) так, що X₀(?)- точка безперервності оператора Y.

Функціональна похідна оператора Y є подвійна границя відношення приросту Y(t) образу оператора при деякому значенні аргументу t до добутку X(t)??при прагненні до нуля max |X(?)| і ?:

(5)

де _ поріг розрізненості стану прообразу та його аргументу оператора Y.

Ця границя на відміну від границі Y/t при t0 похідної функції в звичайному сенсі набагато інформативніша. У цьому випадку оцінка (5) операторної залежності Y характеризує зміну складної функції Y(t) при зміні як власне аргументу X, так і аргументу прообразу ?.

У результаті застосування звичайного апарату диференціювання складних функцій, можна одержати конкретну кількісну оцінку змінних, котрі прямою підстановкою у вираз (2) дозволяють виконати розрахунок функціональної похідної. Розрахунок функціональних похідних дозволяє оцінити граничні характеристики динамічних об'єктів і систем.

Для оцінки граничних можливостей системи просторово-часової орієнтації АТЗ цілком прийнятний метод аналогій. Тому зроблено висновок про аналогію між граничною абсолютною похибкою _а (згідно з теорією математичної обробки спостережень) і порогом розрізненості станів . Графічне відображення загальних моментів цих величин подане на рис. 3. Таким чином вирази для оцінки граничних похибок функціональних залежностей і порогів розрізненості станів адекватні.

Ґрунтуючись на даному положенні, був визначений взаємозв'язок між порогом розрізненості _t за часом прообразу Y(t) оператора Q з виразу (1) і розрізненістю образу оператора _l:

. (6)

У роботі був визначений потрібний обсяг комп'ютерної пам'яті системи просторово-часової орієнтації АТЗ.

Доцільно також розрізняти фізичну і споживчу розрізненість. Так, у виразі (2) оператор Y(t) визначає результат процесу оцінки X(t), тобто точність перетворення даних, і характеризується “споживчим” порогом розрізненості _Y, a X(t) -“фізичним” порогом розрізненості _х і характеризує чутливість системи. При цьому для будь-якої пари X_i і Х_j (ij) умова спостережуваності об'єкту p(X_i, X_j) _Y, тому що в протилежному випадку неможливо буде відзначити зміни стану процесу, що спостерігається. Споживчий поріг розрізненості не зв'язаний з фізичними властивостями досліджуваного об'єкту. Він призначається, виходячи з принципів необхідності і достатності. Система просторово-часової орієнтації АТЗ являє собою інформаційно-обчислювальний комплекс, що призначений для обробки вхідних і вихідних аналогових і дискретних сигналів. У роботі показано, що оцінка розрізненості зв'язана з характеристиками точності, надійності і вірогідності інформації. Розглянемо, як визначити просторове положення АТЗ в математичному виді, згідно схеми, що наведена на рис. 4.

Рух автомобіля розглянуто як переміщення його центру мас С₀ у тримірній системі координат x, y, z. Як узагальнені координати, що описують коливання кузова, були прийняті наступні: x, y і z -- поздовжній, поперечний і вертикальний зсув центру тяжіння кузова відповідно, відрахований від положення центру тяжіння в точці С, у якій він знаходиться в статичному стані автомобіля; _ кут нишпорення, _ кут поперечного крену, _ кут поздовжнього крену; w_x, w_y, w_z - прискорення центру мас вздовж вісей x, y, z.

Центр тяжіння автомобіля С₀ рухається в напрямку з деякої початкової точки М₀ з координатами x₀, y₀, z₀. Рівнянням руху є деяка функція u = f(x,y,z,t). Через момент часу t точка С₀ переміститься на величину L_і у деяку точку М(x,y,z).

Функція пройденого шляху є складною функцією, і за однакові часові інтервали її елементарні збільшення можуть мати різні значення:

, (7)

де

. (8)

При розкладанні функції (8) у ряд за ступенями x, y, z і, обмежуючись в розкладанні першими ступенями збільшень координат, одержимо систему рівнянь (9).

(9)

Система (9) є несумісною системою рівнянь, у якій кількість невідомих перевищує кількість рівнянь. У позначеннях Гауса вирішення цієї системи має наступний вигляд:

, (10)

де ; ; ; .

При розв'язанні системи (10) способом послідовного виключення невідомих рішення має вигляд:

, (11)

де , і _ найбільш ймовірні значення x, y і z відповідно; а , , , , , .

Для практичної реалізації отриманої математичної моделі необхідне створення вимірювально-обчислювального комплексу АНС, основною частиною якого є сукупність чутливих елементів.

У третьому розділі на підставі аналізу впливу дорожнього середовища та електричної мережі транспортного засобу на вимірювальний комплекс сформульовані основні вимоги до бортової апаратури БІОК АТЗ. Це нечутливість до перешкод від динаміки автомобіля та траєкторії його руху, електромагнітна сумісність з системою електроживлення транспортного засобу, а також автоматизована реєстрація, висока продуктивність, технологічність вимірів і низьке енергоспоживання. Розглянуто інформаційно-обчислювальний комплекс, який призначений для реалізації задач просторово-часової орієнтації АТЗ згідно моделі (11).

На рис. 5 наведено архітектуру маршрутного комп'ютера, що є складовою частиною БІОК та відповідає саме за визначення параметрів руху АТЗ. Він містить безконтактний індукційний датчик обертів кола, що забезпечує вимір напрямку руху; два датчика прискорень типу ADXL202 фірми Analog Devices і два струнних диференційних ухиломіри.

Визначення напрямку руху АТЗ за допомогою колісного датчика обумовлено тим, що дирекційний кут руху (t) залежить від радіусу повороту автомобіля:

(16)

де Н - відстань між співвісними колесами; ₁(t), ₂(t) - кутова частота обертання цих коліс.

Для визначення місця розташування АТЗ треба також визначати як розташоване АТЗ у вертикальної площині. Це завдання оцінки повздовжнього та поперечного ухилів. У розділі проаналізовані розроблені датчики, які відповідають сформульованим вище вимогам їх експлуатації в транспортних системах.

Зокрема, розроблений маятниковий поплавковий ухиломір є малочутливим до поздовжніх прискорень за рахунок включення в маятникову систему поплавця, а рідина, що заповнює корпус датчика, демпфірує коливання від дорожнього середовища.

Маятниковий ухиломір з обертовою інерційною масою отримує здатність чинити опір дії прискорення згідно принципу гіроскопа при обертанні маховиків, встановлених на валу мікроелектродвигуна, який є вантажем маятника.

Більш точним є струнний диференціальний ухиломір, струни перетворювача якого розташовані під кутом одна до одної. У прилаи ді передбачено пристрій, призначений для усунення можливості коливань системи в поперечній площині. Відмінність трьохструнного ухиломіра полягає у тому, що в ньому вантаж маятника підвішений на трьох струнах, точки кріплення яких лежать по колу. У цих датчиках, знаючи знак і величину збільшень частот коливань струн, можна визначити величину і напрямок кута нахилу об'єкта. Струнні перетворювачі, поряд з перевагами частотного виходу, мають високу чутливість (0,01%), точність (похибку нуля можна довести до 10^-4-10^-5 межі вимірювання) і стабільність перетворення в часі, що визначається відсутністю впливу зовнішніх полів на електронну апаратуру і лінії зв'язку. Тому струнні датчики були пропоновані для використання у вимірювальній системі БІОК.

У четвертому розділі розглянуто БІОК АТЗ, його місце у сучасної АСУ рухом як об'єкту управління. Взагалі АСУ рухом являє собою складну систему, об'єктом управління якої є безліч АТЗ, а як підсистема, що управляється, виступає навігаційна система інтелектуального АТЗ, якій властиве раціональне сполучення централізації й автономності. Наприклад, стосовно управляючого центру АСУ рухом, навігаційна система АТЗ виступає автономною системою. На рис. 6 зображена структура транспортного потоку з п'ятьма функціональними шарами АСУ рухом за Р. Varaiya. При розгляді зверху вниз шари названі: мережа, зв'язок, координація, регулювання і фізичний шар.

БІОК є основною ланкою АСУ рухом і містить у собі три з п'яти функціональних шарів її структури: фізичний шар, шар регулювання і координації. Ці шари відповідають за підтримку АТЗ у середині заданого маршруту і за вибір дії, яку необхідно виконати автомобілю в наступний момент.

Як приклад інтелектуального АТЗ розглянуто електронне устаткування розробленої в ХНАДУ на кафедрі електричних систем і комплексів транспортних засобів пересувної дорожньої лабораторії (ПДЛ), виконаної на базі автомобіля ГАЗ-3110 і призначеної для моніторингу транспортних комунікацій.

З метою збільшення надійності роботи автомобіля і підвищення інформативності водія про його стан, на базовому АТЗ ПДЛ установлено БІОК (рис. 7). Структура БІОК сформована у відповідності з вимогами до забезпечення основних функціональних задач. Застосування на базовому транспортному засобі ПДЛ нового покоління електронних пристроїв істотно розширило функціональні можливості БІОК. Установка в салоні автомобіля ПК типу notebook дозволила подавати водію інформацію не тільки в аналоговому, але й у цифровому, графічному і текстовому вигляді. ПК дозволяє здійснювати попередню обробку інформації, що надходить, визначати ступінь її “важливості” і подавати водію за визначеним алгоритмом. Алгоритм роботи БІОК повинен відповідати умовам мінімізації часу відволікання водія від спостереження за зміною дорожньої обстановки. З метою розширення можливостей БІОК, у його структуру введені бортова система контролю (БСК), система вбудованої діагностики (СВД), маршрутний комп'ютер і автономна навігаційна система.

Автономна навігаційна система, структура якої наведена на рис. 8, займає головне місце у БІОК ПДЛ і призначена для визначення її просторово-часового положення. При рішенні цієї задачі найбільш ефективне спільне використання інерціальної і супутникової навігаційних систем. До складу інерціальної навігаційної системи входять вимірювач курсу і датчики кутів, що визначають напрямок вертикальної вісі системи координат.

Розроблено принципову схему маршрутного комп'ютера згідно рис. 5 на базі мікроконтролера AT90S8515.

Проведено оцінку точності і надійності роботи АНС ПДЛ на прикладі вимірювального комплексу для оцінки кутів нахилу АТЗ. Датчиком кута обрано струнний диференціальний ухиломір. Визначено його конструктивні параметри, при яких основною похибкою виміру кута нахилу АТЗ є похибка нелінійності, що не перевищує 0,25%.

Виконано перевірку вимірювального комплексу ПДЛ на електромагнітну сумісність, який забезпечує абсолютне функціонування на легкових автомобілях середнього класу, отже, може встановлюватися на ПДЛ.

Розраховано економічну ефективність установки розробленого варіанта БІОК на ПДЛ як нововведення в порівнянні з базовим варіантом. Для цього був проведений моніторинг стану автомобільних доріг населених пунктів Харківської області, який показав, що застосування автономної навігаційної системи дає поліпшення використання ресурсів не менш як 1220 % і зниження витрат на обстеження 1 км транспортних комунікацій на 2025% від базового варіанта ПДЛ за рахунок найбільш раціонального маршруту руху.

Висновки

1. У дисертації наведені теоретичне узагальнення і нове вирішення задачі просторово-часової орієнтації транспортних засобів, що виявляється в опосередкованих вимірюваннях зміни параметрів його руху. Це дозволяє розробити технологічну, інформативну та економічну підсистему визначення положення рухомих об'єктів в транспортних системах, що необхідне для організації управління інтелектуальними транспортними засобами та транспортними потоками в АСУ рухом.

2. Зроблено аналіз та вперше виконано математичний опис процесу визначення просторово-часової орієнтації рухомих об'єктів в транспортних системах на основі застосування теорії операторів.

3. Сформульовані критерії реалізації вимірювального комплексу для визначення просторово-часового положення рухомих об'єктів: можливість автоматизованої реєстрації; продуктивність; технологічність вимірів; нечутливість до перешкод від динаміки транспортного засобу та траєкторії його руху; електромагнітна сумісність з бортовою електричною й електронною апаратурою.

4. Розроблено розвинену архітектуру автомобільного бортового інформаційно-обчислювального комплексу, що дозволяє вирішувати задачі просторово-часової орієнтації для раціональної організації руху транспортних засобів. Як приклад розглянуте устаткування розробленої в ХНАДУ пересувної дорожньої лабораторії, призначеної для моніторингу транспортних комунікацій.

5. Встановлена можливість створення достатньо надійної та ефективної системи вимірювання параметрів, що визначають розташування рухомих об'єктів в транспортних системах на базі урахування взаємного впливу динаміки руху транспортного засобу та власних коливань вимірювального приладу. На прикладі автомобільних датчиків напрямку та крену реалізовані запропоновані рішення, які пройшли перевірку на патентну чистоту.

6. Запропоноване використання інтелектуального АТЗ для удосконалення управлінням транспортними потоками. Його бортовий інформаційно-обчислювальний комплекс є однією з основних ланок АСУ рухом і містить у собі три з п'яти функціональних шарів її структури: фізичний шар, шар регулювання і координації. Ці шари відповідають за просторово-часову орієнтацію АТЗ усередині заданого маршруту і за вибір дії, яку необхідно виконати автомобілю в наступний момент. Це дозволяє удосконалити організацію руху та технологію управління транспортними потоками.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Алексеев О.П., Гурко А.Г. Технические средства управления движением автотранспортных средств//Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. Юб. вып. Часть 2. Харьков: ХИПБ, 1998. С. 29-34.

2. Алексеев О.П., Богатыренко К.И., Гурко А.Г. Использование струнного датчика для определения углов наклона автотранспортных средств // Автомобильный транспорт, № 1. Харьков: ХГАДТУ, 1998. С. 83-85.

3. Алексеев О.П., Гурко А.Г. О роли спутниковой навигационной системы GPS в системах управления движением автотранспортных средств // Вестник ХГАДТУ, № 9, 1999. C. 81-84.

4. Алексеев О.П., Гурко А.Г., Нечитайло Ю.А. О выборе датчиков для систем навигации транспортных средств // Автомобильный транспорт, №3. Харьков: ХГАДТУ, 1999. С. 98 _ 101.

5. Алексеев О.П., Алексеев В.О., Гурко А.Г. Математические модели и описание сложных объектов и систем.//Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПИ. Вып. 1/2000 (8). Кременчуг: КГПИ, 2000. С. 269-271.

6. Алексеев В.О., Гурко А.Г. Пространственно-временная ориентация АТС в АСУД // Вестник ХГАДТУ, № 14, 2001. С. 97 - 99.

7. Патент України на винахід №31001 А кл. G01 C9/12/ Богатиренко К.І., Гурко О.Г.

8. Патент України на винахід №31002 А, кл. G01 C9/06, C9/12/ Богатиренко К.І., Гурко О.Г.

9. Патент України на винахід №34685 А кл. G01 C9/12/ Богатиренко К.І., Гурко О.Г.

10. Патент України на винахід №41096 А кл. G01 C9/06, C9/12/ Богатиренко К.І., Гурко О.Г.

11. Гурко А.Г. К вопросу повышения точности струнного уклономера // Материалы второго международного форума “Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке”. Сборник научных трудов. Часть 2. Харьков: ХТУРЭ, 1999. С. 121-124.

Анотація

Гурко О.Г. Просторово-часова орієнтація автотранспортних засобів в АСУ рухом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.01 - транспортні системи. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2001 р.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі удосконалення транспортних систем за рахунок підвищення рівня інформативності, технологічності та економічності підсистеми просторово-часової орієнтації транспортних засобів в АСУ рухом. Зроблено формальний опис процесу просторово-часової орієнтації АТЗ на основі теорії операторів та побудовано його математичну модель.

Розглянуте місце бортового інформаційно-обчислювального комплексу інтелектуального АТЗ у структурі сучасної АСУ рухом, якій є основною ланкою АСУ рухом і відповідає за просторово-часову орієнтацію АТЗ усередині заданого маршруту і за вибір дії, яку необхідно виконати автомобілю в наступний момент.

Сформульовані критерії реалізації вимірювального комплексу та запропоновано його архітектуру, що дозволяє вирішувати задачі просторово-часової орієнтації АТЗ на прикладі устаткування розробленої в ХНАДУ пересувної дорожньої лабораторії, призначеної для моніторингу стану транспортних комунікацій.

Ключові слова: транспортна система, автоматизована система управління рухом, просторово-часова орієнтація, теорія операторів, бортовий інформаційно - обчислювальний комплекс.

Abstract

Gurko A.G. Space-time orientation of vehicles in automated traffic control system. - Manuscript.

The dissertation for a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.22.01 - transport systems. - Kharkov National Automobile and Highway University, Kharkov, 2001.

The dissertation is devoted to the solution of an actual technological problem of improvement of transport systems on the basis of increase of level of information and economical efficiency and adaptability of vehicles space-time orientation subsystem in an Automated Traffic Control System (ATCS). The formal description of the process of vehicle space-time orientation is made on the basis of the theory of operators and its mathematical model is constructed.

The place of an onboard information and computation complex of the intelligent vehicle in architecture of the modern ATCS is considered. This complex is the basic link of an ATCS and it is responsible both the vehicle space-time orientation inside the given path and the choice of operations which the automobile should execute at the following moment.

The realization criteria of instrumental complex are formulated and its architecture is proposed on the example of the equipment designed in Kharkov National Automobile and Highway University of movable road lab intended for monitoring of transport communications. This architecture allows to decide the problems of the vehicle space-time orientation.

Keywords: transport system, Automated Traffic Control System, space-time orientation, theory of operators, onboard information and computation complex.

Аннотация

Гурко А.Г. Пространственно-временная ориентация автотранспортных средств в АСУД. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.01 - транспортные системы. - Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2001 г.

В диссертации приведено решение научно-технической проблемы повышения эффективности транспортных систем. Анализ проблемы в целом показал, что оно основывается на совершенствовании автоматизированных систем управления движением (АСУД), введении в их структуру интеллектуальных транспортных средств, оснащенных информационно-вычислительными комплексами. Это позволяет создавать новые системы организации движения и эффективные технологии управления транспортными потоками. В работе поставлена цель повышения эффективности транспортных систем путем создания технологичной, информативной и экономичной подсистемы определения места расположения движущихся объектов в АСУД.

Оценка положения транспортного средства относительно заданной фиксированной точки местности и транспортной коммуникации, а также изменение этого положения во времени впервые определена как задача пространственно-временной ориентации. Для ее решения впервые применена теория операторов и построена математическая модель. Основной задачей пространственно-временной ориентации является определение параметров, характеризующих состояние автомобиля и их взаимосвязи.

В работе выявлены объективные закономерности и определены общие моменты в оценке различимости и предельных характеристик звеньев бортового информационно-вычислительного комплекса автомобиля, в результате чего определен объем компьютерной памяти и требования к пропускной способности каналов связи, необходимые для создания надежной системы организации движения.

В работе показано, что система пространственно-временной ориентации транспортных средств является не просто информационной системой, а своеобразным информационным регулятором, который сочетает в себе преимущества систем программного управления и систем, работающих на основе синтеза управляющего воздействия.

Сформулирована система критериев реализации измерительного комплекса для определения пространственно-временной ориентации транспортных средств. Основные характеристики этой системы _ автоматизированная регистрация, высокая производительность, технологичность измерений, нечувствительность к помехам, возникающим вследствие динамики транспортного средства и траектории его движения, а также электромагнитная совместимость с автомобильной бортовой электрической и электронной аппаратурой.

Предложена архитектура автомобильного бортового информационно- вычислительного комплекса на примере разработанного в ХНАДУ электронного оборудования передвижной дорожной лаборатории ИВК-ХАДИ, предназначенной для мониторинга транспортных коммуникаций. Основное место в этом комплексе занимает навигационная система, в состав которой входят конкретные устройства для определения местоположения транспортных средств, разработанные при непосредственном участии автора. Эти устройства отвечают сформулированным выше требованиям, предъявляемым к аппаратуре, устанавливаемой на борту автотранспортного средства. Рассмотрено место бортового информационно-вычислительного комплекса интеллектуального транспортного средства в структуре современной АСУД. Этот комплекс является основным звеном АСУД, и включает в себя три из пяти функциональных слоев ее структуры: физический слой, слой регулирования и координации. Эти слои решают задачи поддержания отвечают за поддержание автомобиля внутри заданного маршрута и за выбор действия, которое ему необходимо выполнить в следующий момент.

Оценена эффективность использования системы пространственно-временной ориентации для решения задач, связанных с определением ориентации базового транспортного средства передвижной дорожной лаборатории при мониторинге транспортных коммуникаций. Применение такой системы дает улучшение использования ресурсов не менее как 1220 % и снижения затрат на мониторинг 1 км транспортных коммуникация на 2025% от базового варианта измерительного комплекса передвижной дорожной лаборатории.

Ключевые слова: транспортная система, автоматизированная система управления движением, пространственно-временная ориентация, теория операторов, бортовой информационно- вычислительный комплекс.

Размещено на Allbest.ru