НАВИГАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС МОНИТОРИНГА ДЕФЕКТОВ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ

Полезная модель относится к области радиоэлектроники, и может быть использована в системах диагностики и определения местоположения подвижных объектов по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем для сбора информации об аварийных участках дорожного полотна и информировании водителя о приближении к аварийному участку дорожного полотна для частного и ведомственного автотранспорта.
Известен навигационный комплекс мониторинга транспортного средства, который содержит абонентский терминал, установленный на объекте, включающий управляющий микроконтроллер, GSM-модем, механический акселерометр, энергонезависимую память, приемник сигналов спутниковых радионавигационных систем с антенной, выход которого через шину обмена данными подключен к управляющему микроконтроллеру, и интеллектуальный коммутатор питания с регистратором факта движения и блоком таймеров, выходы которых и выход регистратора факта движения через шину обмена данными связаны с управляющим микроконтроллером; телематический сервер, антенну GSM-связи, подключенную к радиочастотному входу GSM-модема, управляющий микроконтроллер через шину обмена данными соединен с выходом механического акселерометра, выходами GSM-модема и энергонезависимой памятью, выходы источника питания подключены к абонентскому терминалу, сигнальные выходы управляющего микроконтроллера соединены со светодиодными индикаторами, а телематический сервер через средство обеспечения GPRS-обмена связан с GSM-модемом (Полезная модель RU 94367 U1, G)8G 1/123, опубл.20.05.2010.
Недостатком данной полезной модели является невозможность обеспечения мониторинга дефектов дорожного покрытия, что приводит к аварийным ситуациям на дорогах.
Техническим результатом является повышение безопасности движения за счет возможности обеспечения мониторинга дефектов дорожного покрытия. Под аварийными участками дорожного полотна понимаются дефекты дорожного полотна, вызванные естественным износом дорожного полотна (яма, кочка), посторонними предметами (завал) и статистической информации предоставленной ГИБДД РФ.
Указанный технический результат достигается тем, что навигационный комплекс мониторинга дефектов дорожного покрытия содержит антенну для приема сигналов глобальной спутниковой навигационной системы (ГСНС), по крайней мере, один абонентский терминал, питаемый от источника питания (основного или резервного), включающий приемник сигналов глобальной спутниковой навигационной системы, связанный с указанной антенной, управляющий микроконтроллер с энергонезависимой памятью, интерфейсный модуль, радиомодем, к входам/выходам управляющего микроконтроллера подключены входы/выходы интерфейсного модуля, связанного по входу с выходами датчиков транспортного средства, вход/выход радиомодема, выход приемника сигналов глобальной спутниковой навигационной системы, вход индикаторного устройства, вход/выход устройства для чтения карт энергонезависимой памяти, телематический сервер, входы/выходы и вход которого через сеть Интернет связаны со входами средства обеспечения радиообмена, подсистемы сбора и обработки информации соответственно, при этом средство обеспечения радиообмена связано с антенной радиосвязи, по крайней мере, одного абонентского терминала, вход/выход подсистемы сбора и обработки информации связан со входом/выходом сервера с базой данных об аварийных участках дорожного покрытия.
В качестве датчиков транспортного средства используют датчик углового положения руля, датчик срабатывания педали тормоза, акселерометр.
К дополнительным входам интерфейсного модуля подключены выходы дополнительных датчиков транспортного средства.
В качестве дополнительных датчиков транспортного средства используют датчик срабатывания АБС, датчик срабатывания системы стабилизации продольной устойчивости, магнитометр, гироскоп.
В навигационном комплексе энергонезависимая память управляющего микроконтроллера выполнена в виде флэш-памяти.
Кроме того, индикаторное устройство навигационного комплекса выполнено в виде дисплея.
На фиг.1 представлена функциональная схема комплекса мониторинга дефектов дорожного покрытия.
На фиг.2 - схема экстренного торможения вплоть до остановки.
На фиг.3 - схема объезда препятствия справа или слева с возвратом на прежний курс.
На фиг.4 - схема непосредственного наезда на препятствие.
Навигационный комплекс мониторинга дефектов дорожного покрытия содержит:
1 - космические аппараты ГНСС;
2 - абонентский терминал;
3 - антенна для приема сигналов глобальных навигационных спутниковых систем;
4 - датчики транспортного средства;
5 - дополнительные датчики транспортного средства;
6 - приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем;
7 - интерфейсный модуль;
8 - микроконтроллер с флэш-памятью;
9 - резервный источник питания;
10 - радиомодем;
11 - индикаторное устройство - LCD-дисплей;
12 - устройство для чтения карт энергонезависимой памяти;
13 - антенна радиосвязи;
14 - средства обеспечения радиообмена;
15 - подсистема сбора и обработки информации;
16 - сервер с базой данных об аварийных участках дорог;
17 - сеть Интернет;
18 - телематический сервер.
Абонентский терминал 2 питается от основного (на схеме не показан) или резервного источника питания 9. К входам/выходам управляющего микроконтроллера 8 подключены входы/выходы интерфейсного модуля 7, связанного по входу с выходами датчиков транспортного средства 4 и дополнительных датчиков 5. Вход/выход радиомодема 10, выход приемника 6 сигналов глобальной спутниковой навигационной системы, вход индикаторного устройства 11, вход/выход устройства для чтения карт 12 энергонезависимой памяти. Навигационный комплекс содержит также телематический сервер 18, входы/выходы и вход которого через сеть Интернет 17 связаны со входами средства обеспечения радиообмена 14, подсистемы сбора и обработки информации 15 соответственно. Средство обеспечения радиообмена 14 связано с антенной радиосвязи 13, по крайней мере, одного абонентского терминала 2, а вход/выход подсистемы сбора и обработки информации 15 связан со входом/выходом сервера 16 с базой данных об аварийных участках дорожного покрытия.
В навигационном комплексе энергонезацисимая память управляемого микоконтроллера выполнена в виде флеш-памяти, а индикаторное устройство - в виде дисплея.
Принцип работы комплекса основан на использовании принципа определения местоположения подвижного объекта по сигналам глобальных космических радионавигационных систем, сбора и передачи на телематический сервер 18 информации с датчиков ТС 4 и дополнительных датчиков 5, последующей статистической обработке полученной информации, хранении и получении данных об аварийных участках дорожного полотна.
Работа комплекса мониторинга дефектов дорожного покрытия осуществляется следующим образом.
Сигналы от глобальных навигационных спутниковых систем 1 принимаются приемной антенной 3 и поступают на вход приемника 6 ГНСС, приемник 6 на основе принятых сигналов вычисляет текущие навигационные параметры и передает их в микроконтроллер 8. Одновременно с приемом данных от навигационного приемника 6 в микроконтроллер через интерфейсный модуль 7 поступает информация от датчиков ТС 4 и дополнительных датчиков 5. В качестве датчиков ТС, используются следующие датчики:
а) датчик углового положения руля - на вход интерфейсного модуля 7 поступает информация об угловом положении руля;
б) датчик срабатывания педали тормоза - на вход интерфейсного модуля 7 поступает информация о факте срабатывания тормозной системы ТС и времени воздействия (продолжительности нажатия на педаль тормоза);
в) акселерометр - на вход интерфейсного модуля 7 поступает информация об изменении составляющих вектора ускорения ТС;
При установке вышеперечисленных датчиков, работа комплекса мониторинга осуществляется следующим образом. При наличии на дорожном покрытии препятствия (ямы), размеры которого позволяют объехать данное препятствие или с минимальными повреждениями ТС проехать через препятствие, водитель ТС предпринимает следующие шаги:
1) экстренное торможение вплоть полной до остановки (фиг.2)
2) объезда препятствия справа или слева с возвратом на прежний курс (фиг.3)
3) проезд препятствия на малой скорости (снижение скорости перед препятствием с последующим увеличением скорости после проезда препятствия (фиг.4)
4) непосредственный наезд на препятствие.
В первом случае происходит фиксация встроенным в абонентский терминал 2 акселерометром изменение ускорения, время срабатывания тормозной системы от датчика срабатывания педали тормоза и нулевая скорость ТС от встроенного приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем 6.
Во втором случае при помощи датчика углового положения руля происходит фиксация резкого изменения положения руля и возврат руля в прежнее положение (курс следования ТС, до момента объезда препятствия.
В третьем случае при помощи встроенного акселерометра фиксируется снижение скорости ТС, срабатывание тормозной системы и последующие увеличение скорости ТС.
В четвертом случае при помощи акселерометра фиксируется резкое вертикальное ускорение ТС.
Вся информация с датчиков 4, описанная выше, поступает в интерфейсный модуль 7, где происходит оцифровка данных полученных от датчиков ТС 4. После оцифровки, данные от датчиков ТС 4, поступают на информационный вход микроконтроллера 8, где происходит привязка оцифрованных данных к географическим координатам и последующие формирование информационных пакетов. Формирование информационных пакетов осуществляется по следующим критериям:
- автоматическая передача данных через заданный (настраиваемый) интервал времени;
- автоматическая передача данных по событию (резкое изменение и последующие восстановление курса следования ТС, срабатывание тормозной системы и резкого снижения скорости ТС, срабатывание акселерометра при резком изменении вертикального ускорения ТС).
Далее сформированные пакеты поступают на вход радиомодема 10 и через антенну радиосвязи 13, средства обеспечения радиообмена 14 и сеть Интернет 17 поступают на вход телематического сервера 18. Телематический сервер 18 направляет полученные данные в подсистему сбора и обработки информации 15. Подсистема сбора и обработки информации 15 производит анализ и статистическую обработку полученных данных, а именно анализ данных полученных от датчиков ТС 4.
Для оценки наличия дефектов дорожного полотна, в подсистему сбора и обработки информации 15, должна поступить информация от достаточного количества датчиков ТС. Подсистемой сбора и обработки информации 15 определяется частота срабатывания каждого датчика ТС 4 на определенном участке дорожного полотна (изменение и последующие восстановление курса ТС, срабатывание тормозной системы, изменение вертикального ускорения, снижение скорости).
После того, как подсистемой сбора и обработки информации 15 будет проведено достаточное (с точки зрения статистики) количество измерений для определенного участка дорожного полотна, подсистемой сбора и обработки информации 15 реализуется алгоритм принятия решения, а именно решение о наличии препятствия на определенном участке дорожного покрытия. Алгоритм принятия решения использует математический аппарат теории вероятностей и нечетких множеств. В процессе анализа не участвуют участки дорожного покрытия, имеющие светофоры, ж/д переезды, пешеходные переходы. После принятия решения подсистемой сбора и обработки информации 15 о наличии препятствия на определенном участке дороги, данные поступают на сервер с базой данных об аварийных участках дорог 16. Кроме автоматического поступления данных от подсистемы сбора и обработки информации 15 на сервер с базой данных об аварийных участках дорог 16, возможно ручное введение данных об аварийных участках дорожного полотна в этот сервер, (информация о проведении ремонтов дорожного полотна, наиболее аварийных перекрестках и т.д).
Абонентский терминал 2 при помощи телематического сервера 18 принимает информацию об аварийных участках дорог. При поступлении данных с телематического сервера 18 абонентский терминал 2 записывает полученные данные во внутреннюю флэш-память. Отображение аварийных участков дорог осуществляется индикаторным устройством 11, как правило это LCD-дисплей. На индикаторном устройстве отображается электронная карта местности с текущим местоположение пользователя. При движении ТС, микроконтроллер 8 периодически обращается к флэш-памяти абонентского терминала 2, а именно к базе аварийных участках дорожного полотна (данные с географическими координатами аварийных участков дорожного полотна) и при приближении ТС к аварийному участку дороги, пользователь получает предупреждение о наличии аварийного участка дорожного полотна.
Так же существует возможность загрузки данных об аварийных участках дорожного покрытия во внутреннюю флэш-память абонентского терминала 2 непосредственно с карты памяти, через устройство для чтения карт памяти (картридер) 12 Кроме этого с помощью карты памяти может осуществляться сбор информации с датчиков ТС 4 и дополнительных датчиков 5, привязанных к текущим навигационным параметрам ТС.
Кроме датчиков ТС 4, на ТС могут быть установлены дополнительные датчики 5:
- датчик срабатывания АБС - на вход интерфейсного модуля 7 поступает информация о срабатывании АБС при резком торможении или скользком (мокром) участке дороги;
- датчик срабатывания системы стабилизации продольной устойчивости - на вход интерфейсного модуля 7 поступает информация срабатывании системы при резком изменении направления движения ТС.
- магнитометр (магнитный компас - на вход интерфейсного модуля 7 поступает информация о магнитном курсе ТС;
- гироскоп - на вход интерфейсного модуля 7 поступает информация об угловой скорости или истинном курсе ТС;
Дополнительные датчики 5, установленные на ТС, позволяют максимально точно определить аварийный участок дороги подсистемой сбора и обработки информации. Кроме того, наличие данных датчиков позволяет определять навигационные параметры ТС при отсутствии возможности приема сигналов от космических навигационных систем.
Применение разработанного комплекса способствует:
- выбору оптимального маршрута с учетом наименьшего количества аварийных участков дорожного полотна;
- снижению аварийности вследствие заблаговременного предупреждения водителя о аварийном участке дорожного полотна;
- снижению денежных затрат на ремонт ТС и горюче-смазочные материалы автотранспортных средств;
-уменьшению рисков потерь товаров при перевозке по дорогам с неудовлетворительным состоянием дорожного полотна;
- сбору статистики об аварийных участках дорожного полотна (географические координаты аварийного участка, времени первого обнаружения аварийного участки дороги и подсчет времени существования аварийного участка дороги) и принятию решения об эффективности работы дорожных служб, ответственных за содержание дорожного полотна.