СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОН ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ С УЧЕТОМ ОПТИЧЕСКИХ ПОМЕХ ОТ ПРИДОРОЖНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ
METHOD FOR FORMING ZONES OF TRAFFIC MANAGEMENT FACILITY VISUALIZATION IN ACCORDANCE WITH OPTICAL INTERFERENCE FROM ROADSIDE INFORMATION DEVICES

Изобретение относится к области обеспечения безопасности дорожного движения, а именно к системам расположения и отображения технических средств организации дорожного движения транспортных средств.
Обеспечение безопасности движения транспортных средств на автомобильных дорогах в подавляющем большинстве случаев достигается применением технических средств организации дорожного движения (ТСОДД). К ним относятся дорожных знаки (ГОСТР 52290), дорожные светофоры (ГОСТ Р 52282), дорожная разметка (ГОСТ Р 51256), а также дорожные ограждения (ГОСТ Р 52606) и направляющие устройства (сигнальные столбики, тумбы, направляющие островки, островки безопасности, предназначенные для зрительного ориентирования). Правила применения ТСОДД изложены в ГОСТ Р 52289.
В указанных документах расположение ТСОДД определяется расстоянием до этих средств и пространством, в пределах которого они отчетливо (распознаваемо) видны водителю ТС (полем видимости).
Априорно, видимость ТСОДД не должны перекрывать объекты другого назначения, создающие оптические помех и при получении визуальной информации ТСОДД водителем.
Границы поля видимости технических средств организации дорожного движения в открытом пространстве определяются:
- психофизиологическими возможностями водителя транспортного средства;
- техническими возможностями транспортного средства.
В заявке рассматриваются технические средства организации дорожного движения, установленные сбоку от проезжей части.
Основными ограничителями психофизиологических возможностей водителя являются особенности зрения человека и время его реакций при получении и обработке информации, сообщаемой дорожными знаками, светофорами и т.п.
В неподвижном состоянии глаз человека видит ограниченное пространство.
Такое пространство, все точки которого одновременно видны, называется полем зрения.
Величина поля зрения (фиг. 1) зависит от индивидуальных особенностей людей, цвета предметов, фона и скорости движения.
Поле видимости технических средств организации дорожного движения должно быть меньше или равно углу поля нормального зрения водителя.
Поле нормального зрения человеческих глаз равно углу зрительного конуса в 120-130°.
С увеличением скорости движения этот угол уменьшается из-за сосредоточения внимания: при скорости 40 км/ч до 100°, при 70 км/ч до 40°. Это ослабление периферийного зрения компенсируется усилением внимания водителем.
Наиболее отчетливо и точно скорость движения ТС воспринимается центральной частью поля зрения глаза, а без отчетливого различения объектов - полем периферийного зрения.
Известно, что самое острое зрение - центральное, в зрительном конусе с углом 3-4°, хорошая острота зрения - в конусе до 6°, удовлетворительная - до 12°.
В зоне угла зрительного конуса до 12° узнаются предметы, различается их форма, определяется величина, расстояние и скорость их движения.
Предметы, расположенные за пределами угла в 12°, не очень отчетливы, за пределами 90° - неотчетливы и бесцветны.
Ограниченность поля удовлетворительного зрения вынуждает водителя при подъездам к перекресткам, переходам, остановкам маршрутного транспорта и т.п. переводить свой взгляд в зоны периферийного зрения, где может создаться опасная обстановка.
к
Исходя из принятых ограничений по углу зрительного конуса при определении границ поля видимости в горизонтальной плоскости дорожные знаки (светофоры) необходимо размещать в пределах проекции на плоскость движения ТС зрительного конуса водителя с вершинным углом β=4°.
При определении границ поля видимости должна соблюдаться следующая зависимость:
без
без
минимальное расстояние до дорожного знака (светофора), предписывающего или предполагающего торможение до полной остановки и находящегося в поле видимости водителя  должно быть не менее расстояния безопасного торможения S автомобиля, т.е. позволять водителю: «увидеть - среагировать - затормозить». Расстояние безопасного торможения S найдем из следующего уравнения:
без
р
ср
т
S=S+S+S,
р
p
где S - расстояние, пройденное ТС за время реакции водителя (t), м;
ср
cp
S - расстояние, пройденное ТС за время срабатывания тормозной системы t, м;
т
S - тормозной путь ТС при установившемся замедлении, м.
Задача заявленного технического решения: сформирование границ поля видимости, за пределами которых размещение придорожных информационных устройств, например наружной рекламы, безопасно.
Из сведений, общедоступных до даты приоритета заявленного технического решения, известно средство того же назначения - способ формирования зон визуализации технических средств организации дорожного движения с учетом оптических помех от придорожных информационных устройств, заключающийся в том, что на участке автомобильной дороги и придорожной полосы определяют границы зон визуализации технических средств организации дорожного движения (ТСОДД), которые расположены справа по ходу движения и требуют остановки транспортного средства (ТС) (книга Коноплянко В.И. «Организация и безопасность дорожного движения». Издательство: "Высшая школа" (2007), Глава 2. Психофизиологические основы вождения автомобиля).
Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, поэтому принято за прототип.
Недостатками прототипа является ограниченный уровень безопасности движения ТС из-за отсутствия учета влияния на увеличение тормозного пути оптических помех от придорожных информационных устройств.
Технический результат от использования заявленного технического решения заключается в повышении безопасности движения ТС путем своевременной визуализации ТСОДД с учетом оптических помех от придорожных информационных устройств.
Ниже раскрыты все общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.
без
p
ср
т
p
cp
т
без
инф
доп
Способ формирования зон визуализации ТСОДД с учетом оптических помех от придорожных информационных устройств заключается в том, что на участке автомобильной дороги и придорожной полосы определяют границы зон визуализации ТСОДД, которые расположены справа по ходу движения транспортных средств. На правой стороне дороги формируют три зоны визуализции ТСОДД, охватываемые конусами зрения водителя: Км - меньшего размера и Кб - большего размера, причем у меньшего конуса Км проекция на горизонтальную плоскость имеет вершинный угол βк=4°, а у большего конуса Кб проекция на горизонтальную плоскость имеет вершинный угол βк=12°. Первую из зон визуализации, в которой размешают ТСОДД, формируют в пространстве меньшего конуса зрения водителя, при этом проекция указанного конуса на горизонтальную плоскость имеет вершинный угол βк=4°, а проекция оси конуса на горизонтальную плоскость до пересечения с проекцией линии установки ТСОДД имеет длину, равную расстоянию безопасного торможения S=S+S+S, где S - расстояние, пройденное ТС за время реакции водителя; S - расстояние, пройденное ТС за время срабатывания тормозной системы; S - тормозной путь ТС при установившемся замедлении; вторую зону визуализации формируют в виде пространства между поверхностями указанных меньшего и большего конусов зрения водителя ТС, при этом во второй зоне размещают ТСОДД и информационные устройства, которые создают оптические помехи водителю, но не перекрывают видимость ТСОДД с расстояния безопасного торможения S, величину которого устанавливают по зависимости: , где S - дополнительное расстояние, которое проходит ТС за время отвлечения водителя на распознавание оптических информационных помех, и определяется по зависимости:
o
где  V - скорость движения ТС, м/с;
i
T- математическое ожидание распределения времени распознавания информации с i-го устройства, с;
к
без
р
cp
т
n - количество одновременно видимых информационных устройств в конусе зрения водителя при β≤12° на расстоянии S=S+S+S,
к
без
p
cp
т
и третью зону визуализации ТСОДД, в которой размещают информационные устройства, формируют вне большего конуса зрения водителя, при этом проекция указанного конуса на горизонтальную плоскость имеет вершинный угол β=12°, а проекция оси конуса на горизонтальную плоскость до пересечения с проекцией линии установки ТСОДД на горизонтальную плоскость имеет длину, равную расстоянию безопасного торможения S=S+S+S.
Техническое решение иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 представлена схема формирования зон визуализации, изометрия; на фиг. 2 представлена проекция конусов зрения на горизонтальную плоскость.
Способ формирования зон визуализации ТСОДД 1 с учетом оптических помех от придорожных информационных устройств 2 заключается в том, что на участке автомобильной дороги 3 и придорожной полосы 4 определяют границы зон визуализации ТСОДД 1, которые расположены справа по ходу движения и требуют остановки транспортного средства (ТС) 1.
На правой стороне дороги формируют три зоны визуализции ТСОДД, охватываемые конусами зрения водителя: Км - меньшего размера и Кб - большего размера, причем у меньшего конуса Км проекция на горизонтальную плоскость имеет вершинный угол βк=4°, а у большего конуса Кб проекция на горизонтальную плоскость имеет вершинный угол βк=12°.
Первую из зон визуализации, в которой размещают ТСОДД 1, формируют в пространстве меньшего Км конуса зрения водителя.
без
p
ср
т
p
cp
т
Проекция указанного конуса на горизонтальную плоскость имеет вершинный угол βк=4°, а проекция оси конуса на горизонтальную плоскость до пересечения с проекцией линии установки ТСОДД 1 имеет длину, равную расстоянию безопасного торможения S=S+S+S, где S - расстояние, пройденное ТС 5 за время реакции водителя; S - расстояние, пройденное ТС 5 за время срабатывания тормозной системы; S - тормозной путь ТС 5 при установившемся замедлении.
Вторую зону визуализации формируют в виде пространства между поверхностями указанных меньшего Км и большего Кб конусов зрения водителя ТС 5.
бeз
Во второй зоне размешают ТСОДД 1 и информационные устройства 2, которые создают оптические помехи водителю, но не перекрывают видимость ТСОДД 1 с расстояния безопасного торможения S, величину которого устанавливают по зависимости: , а  - дополнительное расстояние, которое проходит ТС 5 за время отвлечения водителя на распознавание оптических информационных помех, и определяется по зависимости:
,
o
где  V - скорость движения ТС, м/с;
i
T - математическое ожидание распределения времени распознавания информации с i-го информационного устройства, с;
к
без
p
cp
т
n - количество одновременно видимых информационных устройств в конусе зрения водителя при β≤12° на расстоянии S=S+S+S.
В третьей зоне визуализации ТСОДД 1 размещают информационные устройства 2 и ее формируют вне большего конуса Кб зрения водителя.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках, не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть осуществлено промышленным способом для повышения безопасности движения на дорогах, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения устройства, позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.
Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в прототипе, а также в опубликованной 30.12.2003 (Бюл. №2) заявке РФ №2003138097/11, МПК G08G 1/09 (2006.01), ставшими общедоступным до даты приоритета изобретения.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.
Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - повышение безопасности движения ТС 5 путем своевременной визуализации ТСОДД 1 с учетом оптических помех от придорожных информационных устройств.
Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Осуществление заявленного изобретения достигается реализацией указанного назначения.
Для подтверждения возможности осуществления изобретения ниже приводятся следующие сведения, раскрывающие, как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного заявителем назначения и с подтверждением возможности достижения технического результата при осуществлении изобретения.
Для обеспечения своевременного распознавания водителем ТС 5 ТСОДД 1 (на примере дорожных знаков) на дорогах с различным количеством полос движения 6, требующих или предполагающих остановку ТС 5, последние располагают в пределах зрительного конуса водителя (Фиг. 1), обеспечивающего уверенное распознавание информации с расстояния, необходимого для остановки ТС 5. Основание зрительного конуса является окружностью, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси конуса (линии взгляда водителя).
Максимальный вершинный угол горизонтальной проекции конуса удовлетворительного зрения .
Дорожный знак, перед которым необходима или возможна остановка транспортного средства 5 (например, светофор), должен располагаться так, чтобы его проекция на горизонтальную плоскость совпадала с линией Д'Д (проекцией основания конуса наивысшей остроты зрения), а при установке сбоку от проезжей части - с катетом АД треугольника видимости ОАД, являющимся частью проекции конуса наивысшей остроты зрения водителя ТС 5 на горизонтальную плоскость (Фиг. 2).
При этом величина этого катета должна быть не более минимального радиуса зрительного конуса .
к
Предельный угол наивысшей остроты зрения β=4°.
Минимальный радиус основания зрительного конуса , при котором дорожный знак (светофор) находится в пределах основания конуса и отчетливо распознается водителем , возможно определить следующим образом:
,
уст
где h - высота дорожного знака (светофора) от нижнего края информационного поля до места установки, м;
осн
h - высота основания (тротуара) установки дорожного знака (светофора) над проезжей частью, м;
з
h - высота информационного поля дорожного знака (светофора), м;
в
h - высота уровня глаз водителя над проезжей частью, м;
в
п
I -  ширины полосы движения I, м;
уст
I - расстояние установки дорожного знака (светофора) от края проезжей части, м;
з
I - ширина информационного поля дорожного знака (светофора), м.
Величина катета OA треугольника ОАД должна быть не менее расстояния безопасного торможения транспортного средства, определяемого по формуле:
,
без
где минимальное расстояние до дорожного знака (светофора), предписывающего или предполагающего торможение и находящегося в поле видимости водителя,  должно быть не менее расстояния безопасного торможения S автомобиля, т.е. позволять водителю: «увидеть - среагировать - затормозить»;
p
p
S - расстояние, пройденное ТС за время реакции водителя (t), м;
cp
ср
S - расстояние, пройденное ТС за время срабатывания тормозной системы (t), м;
т
S - тормозной путь ТС 5 при установившемся замедлении, м;
Время срабатывания тормозной системы определяется по формуле:
cp
з
нз
t=t+t, с,
з
где t - время запаздывания тормозной системы (отрезок времени с момента нажатия на педаль тормозного привода до момента взаимного контакта рабочих поверхностей тормозных механизмов), с;
нз
уст
t - время нарастания замедления (отрезок времени с момента взаимного контакта рабочих поверхностей тормозных механизмов до момента начала периода установившегося замедления (t) транспортного средства, с.
В пределах конуса зрения водителя ТС 5 могут располагаться другие источники оптических помех от придорожных информационных устройств 2, например информационные устройства, не относящиеся к средствам регулирования дорожного движения, например рекламные конструкции.
При этом условия их размещения регламентируются.
к
Исходя из принятых ограничений по углу зрительного конуса при определении границ поля видимости в горизонтальной плоскости дорожные знаки (светофоры) необходимо размещать в пределах угла проекции на плоскость движения ТС 5 зрительного конуса с вершинным углом β=4°.
зк
к
Исходя из вышеизложенного, границы поля удовлетворительной видимости водителя ТС, двигающегося из точки О в точку А, определяются треугольником видимости ОАД по условиям психофизиологических возможностей водителя и технических возможностей ТС, где R -  ширины поля зрения в пределах конуса удовлетворительного зрения (β=12°).
При определении границ поля видимости должны соблюдаться следующая зависимость:
без
без
минимальное расстояние до дорожного знака (светофора), предписывающего или предполагающего торможение и находящегося в поле видимости водителя,  должно быть не менее расстояния безопасного торможения S TC 5, т.е. позволять водителю: «увидеть - среагировать - затормозить». Расстояние безопасного торможения S найдем из следующего уравнения:
без
р
cp
т
S=S+S+S,
p
p
где S - расстояние, пройденное ТС 5 за время реакции водителя (t), м;
cp
cp
S - расстояние, пройденное ТС 5 за время срабатывания тормозной системы (t),м;
т
S - тормозной путь ТС 5 при установившемся замедлении, м.
Время срабатывания тормозной системы определяется по формуле:
cр
з
нз
t=t+t, с,
з
где t - время запаздывания тормозной системы (отрезок времени с момента нажатия на педаль тормозного привода до момента взаимного контакта рабочих поверхностей тормозных механизмов), с;
нз
уст
t - время нарастания замедления (отрезок времени с момента взаимного контакта рабочих поверхностей тормозных механизмов до момента начала периода установившегося замедления (t) транспортного средства, с.
При этом .
С учетом вышеизложенного, в общем случае уравнение для определения расстояния безопасности выглядит следующим образом:
о
где V - скорость ТС 5 на момент начала периода обнаружения ТСОДД 1 и распознавания информации водителем, км/ч;
уст
2
j - величина установившегося замедления ТС, м/с;
,
где ϕ - коэффициент продольного сцепления шин с дорогой;
э
К - коэффициент эффективности торможения;
2
g - ускорение свободного падения (9,81 м/с);
уст
уст
t - время движения ТС 5 с установившимся (постоянным) замедлением j, с;
γ - угол уклона дороги, град (+ при подъеме, - при спуске), град.
Используя эти данные, получим:
.
Использование изобретения позволяет повысить безопасность движения ТС 5 путем своевременной визуализации ТСОДД 1 с учетом оптических помех от придорожных информационных устройств 2.